(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板を含む１以上の基板と、
前記第１基板により支持された上部金属層及び下部金属層を含み、前記１以上の基板により支持された複数の金属層と、
前記上部金属層上の上部接地電極及び前記下部金属層内の下部接地電極を含む複数の接地電極と、
前記上部金属層に形成される上部金属板及び前記下部金属層に形成される下部金属板を含み、前記金属層に形成される複数の金属板と、
前記１以上の金属層のうちの少なくとも１つに形成され、右手／左手系複合（ＣＲＬＨ）メタマテリアルアンテナ構造を含む複数の導電部分と、
前記上部または下部接地電極のうちの少なくとも一方を前記上部または下部金属板のうちの少なくとも一方に結合させる電気要素を含む１以上の電気要素とを備え、
前記ＣＲＬＨメタマテリアルアンテナ構造は、前記上部金属層上のセルパッチと、前記セルパッチを前記上部または下部接地電極のうちの少なくとも一方に結合させるビア線とを含み、
前記電気要素に付随するインピーダンスを外部ＲＦ周波数源により決定可能であり、
前記インピーダンスは、前記電気要素を介してＤＣ電流を流すことを可能にし、前記外部ＲＦ周波数源のＲＦ周波数で高インピーダンスを示す
デバイス。
【請求項２】
前記複数の導電部分は、
前記セルパッチに近接する遠位端を有する給電線を含み
前記給電線は、前記セルパッチに容量結合され、
前記給電線は、アンテナ信号を前記セルパッチから及び前記セルパッチへと向かわせる給電ポートに接続される近位端を有する請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１基板が、筐体構造の第１平面部分に近接して略平行に構成され、第１導電部分を有し、
前記第１基板と異なる第２基板が、前記筐体構造の第２平面部分に近接して略平行に構成され、
前記第２基板が、第２導電部分、及び、前記第１基板と前記第２基板とを接続する結合部分を有する請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記複数の導電部分、及び、前記第１基板及び前記第２基板の少なくとも一部は、アンテナ信号に関して複数の共振周波数を呈する前記右手／左手系複合（ＣＲＬＨ）メタマテリアルアンテナ構造を形成するように構成される請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記給電線は、導電線アタッチメントを含む請求項２から４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
前記導電線アタッチメントは、メアンダ線形状、平面螺旋形状、ジグザグ線形状、縦型螺旋形状、又は、異なる形状の組み合わせを有するように構成される請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記１以上の金属板の少なくとも１つのハウジング内に複数の集積要素が形成される請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記１以上の基板の各々が、第１面及び第２面を有する誘電体材料を含み、
前記複数の導電部分は、前記第１面及び前記第２面のそれぞれに形成された前記複数の金属層にパターニングされている請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記複数の導電部分は、
前記セルパッチに近接した遠位端を有し、前記セルパッチと容量結合され、前記セルパッチから及び前記セルパッチへとアンテナ信号を向かわせる給電ポートに結合される近位端を有する給電線と、
前記上部金属層と前記下部金属層との間に形成され、前記セルパッチ及び前記ビア線を接続するビアとを含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記複数の導電部分は、
複数のセルパッチと、
前記複数のセルパッチのうちの１以上に容量結合されて近接して設けられる遠位端、及び、前記複数のセルパッチのうちの前記１以上から及び前記複数のセルパッチのうちの前記１以上へとアンテナ信号を向かわせる給電ポートに結合される近位端を有する給電線と、
前記接地電極の少なくとも一つに前記複数のセルパッチをそれぞれ接続する複数のビア線とを含む請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記複数のセルパッチは、
第１金属板上方の投影される位置にあり、前記複数のビア線と接続される第１セル板と、
前記第１セル板に隣接し、第２金属板上方の投影される位置にある第２セル板とを含む請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記第１セル板と前記第２セル板とは、溝によって分離されている請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第２金属板の１つの角が、Ｌ字形状の切り欠きを有する請求項１１または１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記１以上の電気要素は、１以上の能動電気素子または受動電気素子を含んでいる請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記１以上の受動電気素子は、インダクタを含む求項１４に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
設計者が多くのデバイスに通信機能を付加するようになり、様々なシナリオで通信を行うアンテナ回路の開発が進められている。１つのデバイス内において、送信機、受信機又はその両方としてアンテナを組み込み、複数のアプリケーションが動作してもよい。様々なアプリケーションを有する通信信号の組み合わせは、これらデバイスの構成要素のオペレーションが互いに干渉することなく様々な点で共存させるべく、直流（ＤＣ）及びＲＦ信号を必要とする。このようなデバイスのためのアンテナを実装するのに、様々な形態が存在する。
【発明の概要】
【０００２】
本明細書は、アンテナデバイスにおける所望のオペレーションを達成するための様々なデバイス構成要素における、ＤＣ及びＲＦ信号の空間的分布を適切に制御するアンテナデバイス及び技術について記載する。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】一実施形態例に係る、４つの単位セルに基づく、１次元ＣＲＬＨ（composite right and left handed：右手／左手系複合）メタマテリアル伝送線の例を示した図である。
【図２】一実施形態例に係る、４つの単位セルに基づく、１次元ＣＲＬＨメタマテリアル伝送線の例を示した図である。
【図３】一実施形態例に係る、４つの単位セルに基づく、１次元ＣＲＬＨメタマテリアル伝送線の例を示した図である。
【図４Ａ】一実施形態例に係る、図２の１次元ＣＲＬＨメタマテリアル伝送線に等価な回路の、２ポートネットワーク行列を表した図である。
【図４Ｂ】一実施形態例に係る、図３の１次元ＣＲＬＨメタマテリアル伝送線に等価な回路の、２ポートネットワーク行列を表した図である。
【図５】一実施形態例に係る、４つの単位セルに基づく、１次元ＣＲＬＨメタマテリアル伝送線の例を示した図である。
【図６Ａ】一実施形態例に係る図４Ａに示した伝送線と類似した１次元ＣＲＬＨメタマテリアルアンテナ等価回路の２ポートネットワーク行列を表した図である。
【図６Ｂ】一実施形態例に係る図４Ｂに示した伝送線と類似した１次元ＣＲＬＨメタマテリアルアンテナ等価回路の２ポートネットワーク行列を表した図である。
【図７Ａ】一実施形態例に係るバランスがとれた場合及びバランスがとれていない場合を考えた図２に示す単位セルの分散曲線を示した図である。
【図７Ｂ】一実施形態例に係るバランスがとれた場合及びバランスがとれていない場合を考えた図２に示す単位セルの分散曲線を示した図である。
【図８】一実施形態例に係る、４つの単位セルベースの有限地（truncated ground）を有する１次元ＣＲＬＨメタマテリアル伝送線を示した図である。
【図９】一実施形態に係る、図８に示したような有限地を有する１次元ＣＲＬＨメタマテリアル伝送線の等価回路を示した図である。
【図１０】一実施形態に係る、有限地を有する１次元ＣＲＬＨメタマテリアル伝送線の一例を示した図である。
【図１１】一実施形態に係る、４つの単位セルベースの有限地を有する一次元ＣＲＬＨメタマテリアル伝送線の別の例を示す図である。
【図１２】一実施形態に係る、図１１に示した有限地を有する一次元ＣＲＬＨメタマテリアル伝送線の等価回路を示した図である。
【図１３】一実施形態に係る、接地面への周波数依存接続を有する無線デバイスの第１構成例を示した図である。
【図１４】一実施形態に係る、接地面への周波数依存接続を有する無線デバイスの第２構成例を示した図である。
【図１５Ａ】一実施形態例に係る、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ドングル（dongle）で使用されてもよい接地面への周波数依存接続を有するＭＴＭアンテナ構造を示した図である。
【図１５Ｂ】一実施形態例に係る、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ドングル（dongle）で使用されてもよい接地面への周波数依存接続を有するＭＴＭアンテナ構造を示した図である。
【図１６Ａ】実施形態例に係る、接地面への周波数依存接続を有する無線デバイスに使用されるＭＴＭアンテナ構造の実装例を示す図である。
【図１６Ｂ】実施形態例に係る、接地面への周波数依存接続を有する無線デバイスに使用されるＭＴＭアンテナ構造の実装例を示す図である。
【図１６Ｃ】実施形態例に係る、接地面への周波数依存接続を有する無線デバイスに使用されるＭＴＭアンテナ構造の実装例を示す図である。
【図１６Ｄ】実施形態例に係る、接地面への周波数依存接続を有する無線デバイスに使用されるＭＴＭアンテナ構造の実装例を示す図である。
【図１７】一実施形態に係る図１６Ａ−図１６Ｃに示したＭＴＭアンテナ構造のようなＭＴＭアンテナ構造のリターンロスと接地面への直接接続の場合のリターンロスとの比較を示した図である。
【図１８Ａ】一実施形態に係る図１６Ａ−図１６Ｃに示すＭＴＭアンテナ構造のようなＭＴＭアンテナと放射アンテナ効率と、接地面への直接接続における放射アンテナ効率との間の低い周波数範囲での比較を示した図である。
【図１８Ｂ】図１６Ａ−図１６Ｃに示すＭＴＭアンテナの測定された放射アンテナ効率と、接地面に直接接続された金属板を有する同様なアンテナのとの間の上側の周波数範囲での比較を示した図である。
【図１９Ａ】一実施形態例に係る、接地面構成への周波数依存接続を有する無線デバイスで使用されている平面型ＭＴＭアンテナの３次元斜視図である。
【図１９Ｂ】一実施形態例に係る、図８Ａの平面型ＭＴＭアンテナの上面図である。
【図１９Ｃ】一実施形態例に係る、図１９Ａ及び図１９Ｂの平面型ＭＴＭアンテナの底面図である。
【図２０Ａ】一実施形態に係る、接地面への周波数依存接続を有する高架型ＭＴＭアンテナ構造を示した図である。
【図２０Ｂ】一実施形態に係る、接地面への周波数依存接続を有する高架型ＭＴＭアンテナ構造を示した図である。
【図２０Ｃ】一実施形態に係る、接地面への周波数依存接続を有する高架型ＭＴＭアンテナ構造を示した図である。
【図２０Ｄ】一実施形態に係る、接地面への周波数依存接続を有する高架型ＭＴＭアンテナ構造を示した図である。
【図２０Ｅ】一実施形態に係る、接地面への周波数依存接続を有する高架型ＭＴＭアンテナ構造を示した図である。
【図２１】実施形態例に係る、図１９Ａ−図１９Ｃに示したような平面型ＭＴＭアンテナ構造、及び、図２０Ａ−図２０Ｇに例示した高架型ＭＴＭアンテナのリターンロスを示す図である。
【図２２】実施形態例に係る、低い周波数範囲における高架型ＭＴＭアンテナ及び平面型ＭＴＭアンテナ間の放射効率の比較を示した図である。
【図２３】実施形態例に係る、高架型ＭＴＭアンテナ及び平面型ＭＴＭアンテナ間の放射効率の比較を示した図である。
【図２４】様々な周波数範囲のうち測定した低い周波数範囲のアンテナ効率を平面型ＭＴＭアンテナ及び高架型ＭＴＭアンテナ間で比較し、人間の頭のアプリケーションに関する放射性能試験を行った図である。
【図２５】様々な周波数範囲のうち測定した高い周波数範囲のアンテナ効率を平面型ＭＴＭアンテナ及び高架型ＭＴＭアンテナ間で比較し、人間の頭のアプリケーションに関する放射性能試験を行った図である。
【図２６Ａ】実施形態例に係る、接地面への周波数依存接続を有する無線デバイスで使用される複数のセルパッチ構造を有する平面型ＭＴＭアンテナの３Ｄ斜視図である。
【図２６Ｂ】実施形態例に係る図２６Ａにおける平面型ＭＴＭアンテナ配置の上面図である。
【図２６Ｃ】実施形態例に係る、図２６Ａ及び図２６Ｂの平面型ＭＴＭアンテナ構成の下面図である。
【図２７】一実施形態例に係る、図２６Ａ−図２６Ｃの平面型ＭＴＭアンテナ構成のリターンロスを示す図である。
【図２８Ａ】一実施形態例に係る、動作周波数帯域における放射効率を示す図である。
【図２８Ｂ】一実施形態例に係る、動作周波数帯域における放射効率を示す図である。
【図２９Ａ】一実施形態例に係る、接地面への周波数依存接続を有するＭＴＭアンテナ構造を使用したＵＳＢドングル（dongle）の上面図である。
【図２９Ｂ】一実施形態例に係る、図２９ＡのＵＳＢドングルアプリケーションの下面図である。
【図２９Ｃ】一実施形態例に係る、図２９Ａ及び図２９ＢのＵＳＢドングルアプリケーションの側面図である。
【図３０】実施形態に係る、図２９Ａ−図２９Ｃのアンテナ間のリターンロス及び絶縁を示した図である。
【図３１】実施形態例に係る低い周波数帯域における図２９Ａ−図２９Ｃのアンテナのアンテナ効率を示した図である。
【図３２】実施形態例に係る高い周波数帯域における図２９Ａ−図２９Ｃのアンテナのアンテナ効率を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
添付の図面において、同様な構成要素及び／又は特徴には、同様な参照番号が付与されている場合がある。また、同じ種類の様々な構成要素については、参照番号に続く第２の符号により区別がなされる。明細書において、第１の参照番号のみが使用されている場合には、その説明は、第２の参照番号に関係なく同じ第１の参照番号を有する同様な構成要素のうちの任意の１つに適用可能である。
【０００５】
アンテナデバイスにおける電気的接地構造の形状、寸法及び位置は、ＲＦアンテナ信号の空間分布に影響を与え、ひいてはＲＦアンテナ信号の送受信におけるアンテナデバイスのオペレーションに影響を与える。ある実施形態では、アンテナデバイスの電気的接地構造は、１以上の導電接地電極、及び、共通の金属化層又は異なる複数の金属化層に位置する複数の構成要素によって形成されている。所与のアンテナデバイスの電気的接地の形状、寸法及び位置は、アンテナデバイスが製造された時点で固定される傾向がある。動作時には、アンテナデバイスは、その他の回路又はデバイスに電気的に結合される。その他の回路又はデバイスとの電気的結合により、アンテナデバイスの電磁的構成が変化する可能性がある。例えば、少なくとも特定のオペレーションに対するアンテナデバイスの実効電気的接地が、アンテナデバイスの元の電気的接地の元の形状、元の寸法又はその両方と異なる有効形状、寸法又はその両方を有する場合がある。
【０００６】
例えば、アンテナデバイスの電気的接地は、回路の導電要素に恒久的に接続されていてもよい。この接続により、アンテナデバイスの電磁的構成が変化する可能性がある。別の例では、アンテナデバイスが別のデバイスの電気的導電要素に取り外し可能に接続されてもよく、その他のデバイスがアンテナデバイスに接続された後に、アンテナデバイスの電気的接地をその他のデバイスの電気的導電要素に接続することができ、この接続によってアンテナデバイスの電磁的構成が変化する可能性がある。
【０００７】
アンテナデバイスの電磁的構成が変化すると、アンテナデバイスの１以上のＲＦアンテナ信号の送受信性能を低下させてしまう可能性がある。本明細書に記載されるアンテナデバイス及び技術は、アンテナデバイスの１以上のＲＦ動作周波数において、アンテナデバイスの電磁的構成を制御する１以上の周波数依存性コネクタを含む。周波数依存性コネクタは、１以上の接地電極を有する電気的接地構造と、別の電気的導電要素又は金属板との間に接続することができ、信号の周波数に応じて、信号に対するコネクタのインピーダンスを変化させることができる。例えば、周波数依存性コネクタは、電気的導電要素又は金属板と接地電極との間でＤＣ信号の送信を可能とする低インピーダンスを生成し、電気的導電要素又は金属板と接地電極との間で１以上のアンテナ信号の伝送をブロックするべく１以上のＲＦアンテナ周波数における高インピーダンスを生成する構造を有することができる。この例の場合、周波数依存性コネクタは、所望の周波数依存性を呈するインダクタ又は回路であってもよい。
【０００８】
上記の例に基づくアンテナデバイスの１実装形態は、１以上のＲＦアンテナ周波数において１以上のアンテナ信号を送信又は受信する１以上のアンテナ、１以上のアンテナと接続されたアンテナ回路、を備え、アンテナ回路と接続されてアンテナ回路及び１以上のアンテナに対して電気的接地を提供する接地電極構造を更に備える。アンテナ回路は、１以上のアンテナによって送信される１以上のアンテナ信号を生成する、又は、１以上のアンテナから１以上のアンテナ信号を受信する。このアンテナデバイスにおいて、電気的導電要素又は金属板は、接地電極構造と直接接続されることなく、設けられる又は接地電極構造とは離れて配置される。周波数依存性コネクタは、電気的導電要素又は金属板を接地電極構造に接続するべく設けられ、電気的導電要素又は金属板と接地電極構造との間のＤＣ信号の伝送を可能とする低インピーダンスを生成し、また、電気的導電要素又は金属板と接地電極との間で１以上のアンテナ信号の伝送をブロックするべく１以上のＲＦアンテナ周波数における高インピーダンスを生成する。接地電極構造は、１つの接地電極又は２つ以上の接地電極の組み合わせを含むことができる。２つ以上の接地電極は、共通の金属化層又は異なる２つ以上の金属化層に設けられてもよい。この例において、接地電極構造は、１以上のＲＦアンテナ周波数において導電構成要素又は金属板から周波数依存性コネクタによって絶縁され、ＤＣ信号のための電気的導電要素又は金属板に接続される。
【０００９】
上記のアンテナデバイス又は本明細書で説明されるその他のアンテナデバイスにおける１以上のアンテナは、右手系（ＲＨ）アンテナ構造及びＣＲＬＨ（composite right and left handed：右手／左手系複合）メタマテリアル（ＭＴＭ）構造を含む様々なアンテナ構造であってもよい。右手系（ＲＨ）アンテナ構造では、電磁波の伝播は、電場Ｅ、磁場Ｈ及び波数ベクトルβ（伝播定数）とした（Ｅ，Ｈ，β）ベクトルフィールドに対する右手の法則に従う。位相速度方向は、信号エネルギーの伝播（群速度）方向と同じであり、屈折率は正の値となる。このような物質は、右手系（ＲＨ）物質と称される。自然界の多くの物質は、ＲＨ物質である。人工的な物質であっても、ＲＨ物質が存在する。
【００１０】
メタマテリアルは、人工的な構造を有する。メタマテリアルによって誘導される電磁エネルギーの波長λよりも小さい構造的な平均的単位セルサイズρを使用して設計を行う場合、メタマテリアルは、誘導される電磁エネルギーに対して均質な媒体のように振舞うと考えられる。ＲＨ物質とは異なり、メタマテリアルは負の屈折率を呈し、位相速度の方向は、信号エネルギーが伝播する方向と反対である。ここで、（Ｅ，Ｈ，β）ベクトルフィールドの相対的な方向は、左手の法則に従う。屈折率が負であり、同時に、負の誘電率ε及び透磁率μを有するメタマテリアルは、純粋な左手系（ＬＨ）のメタマテリアルと称される。
【００１１】
多くのメタマテリアルは、ＬＨメタマテリアルとＲＨ物質の混合であり、したがって、ＣＲＬＨメタマテリアルである。ＣＲＬＨメタマテリアルは、低周波数ではＬＨメタマテリアルのように振る舞い、高周波数ではＲＨ物質のような振る舞いを見せる。様々なＣＲＬＨメタマテリアルの実装及び特性については、例えば、Ｃａｌｏｚ及び伊藤著、"Electromagnetic Metamaterials: Transmission Line Theory and Microwave Applications（電磁メタマテリアル：伝送線の理論及びマイクロ波への応用）John Wiley & Sons、２００６年に記載されている。ＣＲＬＨメタマテリアル及びアンテナへの適用については、伊藤龍男"Invited paper: Prospects for Metamaterials，"Electronics Letters, Vol. 40, No. 16"（２００４年８月）に記載されている。
【００１２】
ＣＲＬＨメタマテリアルは、特定のアプリケーションのために調整された電磁気的特性を呈するように設計されていてもよく、別の材料を使用するのは難しい、現実的でない又は不可能であるようなアプリケーションに使用することができる。加えて、ＣＲＬＨメタマテリアルは、新規のアプリケーションを開発するのに使用されてもよく、ＲＨ材料では不可能な新規のデバイスを構築するのに使用される可能性がある。
【００１３】
メタマテリアル（ＭＴＭ）構造は、アンテナ、伝送線及びその他のＲＦ構成要素及びデバイス構築するのに使用することができ、機能向上、小型化及び性能改善等の幅広い技術革新を可能にする。ＭＴＭ構造は、１以上のＭＴＭ単位セルを有する。１つのＭＴＭ単位セルの等価な回路には、ＲＨの直列インダクタンスＬＲ、ＲＨシャントキャパシタンスＣＲ、ＬＨの直列キャパシタンスＣＬ、及び、ＬＨのシャントインダクタンスＬＬが含まれる。ＭＴＭベースの要素及びデバイスは、分布回路要素、集中回路要素又はこれらの組み合わせよって実装可能であるＣＲＬＨ  ＭＴＭ単位セルに基づいて設計することができる。従来のアンテナと異なり、ＭＴＭアンテナの共振は、ＬＨモードの存在の影響を受ける。一般的に、ＬＨモードは、低共振周波数を励起する及び低共振周波数により適していると同時に、高共振周波数のマッチングも改善する。ＭＴＭアンテナ構造は、"ローバンド（low band）"及び"ハイバンド（high band）"を含む複数の周波数帯域をサポートするように設計可能である。ローバンドは、少なくとも１つのＬＨモード共振を含み、ハイバンドは、アンテナ信号と関連付けられた少なくとも１つのＲＨモード共振を含む。
【００１４】
ＭＴＭアンテナ構造の実装及び例については、２００７年４月２７日出願、米国特許出願公開第１１／７４１６７４号明細書、"Antennas, Devices and Systems Based on Metamaterial Structures（メタマテリアル構造に基づくアンテナ、デバイス及びシステム）"、及び、２００９年９月２２日発行、米国特許第７５９２９５７号公報、"Antennas Based on Metamaterial Structures（メタマテリアル構造に基づくアンテナ）"に記載されている。上記の米国特許公報の開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。このＭＴＭアンテナ構造は、従来のＦＲ−４プリント回路基板（ＰＣＢ）又は可撓性プリント回路基板（ＦＰＣ）を使用して製造されてもよい。その他の製造技術の例としては、薄膜製造技術、システムオンチップ（ＳＯＣ）技術、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）技術、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）技術が含まれる。
【００１５】
ＭＴＭアンテナ構造の１種に、単層メタル化（ＳＬＭ）ＭＴＭアンテナ構造がある。ＭＴＭ構造の導電部分が、基板の一方の面上に形成された単層金属層に位置する。
【００１６】
２層金属化ビアなし（Two-Layer Metallization Via-Less：ＴＬＭ−ＶＬ）ＭＴＭアンテナ構造は、基板の２つの平行な面上に形成される２つの金属化層を有する別の種類のＭＴＭアンテナ構造である。ＴＬＭ−ＶＬは、一の金属化層の導電部分と他方の金属化層の導電部分とを接続する導電ビアを有さない。ＳＬＭ及びＴＬＭ−ＶＬ  ＭＴＭアンテナ構造の例及び実装形態については、２００８年１０月１３日出願、米国特許出願公報第１２／２５０４７７号明細書"Single-Layer Metallization and Via-Less Metamaterial Structures（単層金属化層及びビアなしメタマテリアル構造）"に記載されており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【００１７】
図１には、４つの単位セルに基づく、１次元（１Ｄ）ＣＲＬＨ  ＭＴＭ伝送線（ＴＬ）の一例が示されている。１つの単位セルは、セルパッチ及びビアを含み、所望のＭＴＭ構造を構築するためのブロック（構成単位）である。図示されているＴＬの例は、基板の２つの導電金属層に形成された４つの単位セルを含み、４つの導電セルパッチが基板の導電金属上層に形成され、基板の他方の側は、接地電極として機能する金属層を有する。中央に設けられる４つの導電ビアは、基板を貫通して形成され、それぞれ４つのセルパッチを接地面に接続している。左側の単位セルパッチは、第１給電線に電磁的に結合され、右側の単位セルパッチは、第２給電線に電磁的に結合される。ある実装形態では、各単位セルパッチは、隣接する単位セルに直接接触することなく、隣接する単位セルパッチと電磁的に接続される。このような構造により、ＲＦ信号を１つの給電線から受信し、ＲＦ信号を他の給電線から出力するＭＴＭ伝送線が形成される。
【００１８】
図２には、図１の１Ｄ  ＣＲＬＨ  ＭＴＭ  ＴＬの等価ネットワーク回路が示されている。ＺＬｉｎ'及びＺＬｏｕｔ'はそれぞれ、ＴＬ入力負荷インピーダンス及びＴＬ出力負荷インピーダンスに対応しており、各端部におけるＴＬ結合による。これは、２層構造のプリント基板の一例である。ＬＲは、誘電体基板上のセルパッチに起因するものであり、ＣＲは、セルパッチと接地面との間に誘電体基板が挟まれることに起因する。ＣＬは、２つの隣接するセルパッチの存在に起因し、ビアはＬＬを誘起する。
【００１９】
単位セルはそれぞれ、直列（ＳＥ）インピーダンスＺ及びシャント（ＳＨ）アドミッタンスＹに対応する２つの共振ωＳＥ及びωＳＨを有することができる。図２において、Ｚ／２ブロックは、ＬＲ／２と２ＣＬの直列の組み合わせを含み、Ｙブロックは、ＬＬとＣＲの並列の組み合わせを含む。これらのパラメータ間の関係は、次のような式で表される。
【数１】
0005599472.tif 000002
【００２０】
図１における入力／出力端における２つの単位セルは、ＣＬを含まない。これは、ＣＬは２つの隣接するセルパッチ間の静電容量を表しており、入力／出力端ではセルパッチが存在しないからである。単位セルの端におけるＬＣ部分が存在しないことにより、ωＳＥ周波数での共振を防いでいる。したがって、ｍ＝０の共振周波数の場合にのみωＳＨが現れる。
【００２１】
数値分析を簡単にするべく、ＺＬｉｎ'及びＺＬｏｕｔ'の直列キャパシタの一部分が、欠けているＣＬ部分を補償するべく組み込まれ、残りの入力及び出力負荷インピーダンスが、図３に示すように、それぞれＺＬｉｎ及びＺＬｏｕｔと表記される。この条件の下、全ての単位セルが、図３における２つの直列のＺ／２ブロック及び１つのシャントＹブロックで表される同じパラメータを有し、ここで、Ｚ／２ブロックは、ＬＲ／２及び２ＣＬの直列の組み合わせを含み、Ｙブロックは、ＬＬとＣＲの並列の組み合わせを含む。
【００２２】
図４Ａ及び図４Ｂには、図２及び図３にそれぞれ示されたような負荷インピーダンスが存在しないＴＬ回路の、２ポートネットワーク行列表現が示されている。
【００２３】
図５には、４つの単位セルに基づく１Ｄ  ＣＲＬＨ  ＭＴＭアンテナの一例が示されている。図１の１Ｄ  ＣＲＬＨ  ＭＴＭ  ＴＬとは異なり、図５のアンテナは、左側の単位セルを給電線に結合させて、アンテナをアンテナ回路に接続しており、右側の単位セルは、開回路とすることにより、４つのセルが大気に接するので、ＲＦ信号を送受信することができる。
【００２４】
図６Ａには、図５のアンテナ回路の２ポートネットワーク行列表現が示されている。図６Ｂには、全ての単位セルが等しくなるように、欠けたＣＬ部分を考慮したエッジ部分における修正を図５のアンテナ回路に施した後の２ポートネットワーク行列表現が示されている。図６Ａ及び図６Ｂはそれぞれ、図４Ａ及び図４Ｂに示したＴＬ回路と類似している。
【００２５】
行列表記では、図４Ｂには、以下に示すような関係が示されている。
【数２】
0005599472.tif 000003
ここで、図３のＣＲＬＨ  ＭＴＭ  ＴＬ回路は、Ｖｉｎ端及びＶｏｕｔ端から見た場合に対照的であるので、ＡＮ＝ＤＮである。
【００２６】
図６Ａ及び図６Ｂにおいて、パラメータＧＲ'及びＧＲは、放射抵抗を表しており、パラメータＺＴ'及びＺＴは、終端インピーダンスを表している。ＺＴ'、ＺＬｉｎ'及びＺＬｏｕｔ'はそれぞれ、以下で表されるように、付加的２ＬＣからの寄与を受ける。
【数３】
0005599472.tif 000004
【００２７】
アンテナを構築する又はシミュレーションすることにより、放射抵抗ＧＲ又はＧＲ'を求めることができることから、アンテナ設計を最適化するのは難しいと考えられる。したがって、ＴＬの設計を適用した後に、様々な終端ＺＴを有する対応するアンテナをシミュレーションするのが望ましい。２つの端部における欠けたＣＬ部分を反映させて、図２の回路の値ＡＮ'、ＢＮ'及びＣＮ'を修正することにより、式（１）の関係は有効となる。
【００２８】
Ｎ  ＣＲＬＨセル構造が、ｎ＝０、±１、±２、…±Ｎであるｎπの伝搬位相長で共振するように設定した分散方程式から周波数帯域を決定することができる。ここでＮ個のＣＲＬＨセルの各々は、式（１）におけるＺ及びＹで表され、これは、図２で示した、端に位置するセルではＣＬが欠けているような構造とは異なる。したがって、これら２つの構造における共振は、異なっていると予測できる。しかしながら、厳密な計算を行うと、図３に示した構造ではωＳＥ及びωＳＨの両方で共振し、図２に示した構造ではωＳＨのみが共振するｎ＝０の場合を除いて、全ての共振は同じとなる。正の位相オフセット(ｎ＞０）は、ＲＨ領域共振に対応し、負の値（ｎ＜０）は、ＬＨ領域共振に関する。
【００２９】
Ｚ及びＹパラメータ有するＮ個の同一のＣＲＬＨセルの分散関係式は、以下のようになる。
【数４】
0005599472.tif 000005
ここで、Ｚ及びＹは式（１）により与えられ、ＡＮは、図３に示されるようなＮ個の同一のＣＲＬＨ単位セルの一次直列接続から導出され、ｐはセルサイズである。奇数ｎ＝（２ｍ＋１)及び偶数ｎ＝２ｍの共振は、それぞれＡＮ＝−１及びＡＮ＝１に関連付けられている。図４Ａ及び図６ＡのＡＮ'の場合、端に位置するセルにおいてＣＬが欠落しているため、セルの個数に関係なく、ｎ＝０モードでは、ω０＝ωＳＨでのみ共振し、ωＳＥとωＳＨの両方において共振しない。表１に規定されるχの異なる値について、高次の周波数は、次の式で与えられる。
【数５】
0005599472.tif 000006
【００３０】
表１には、Ｎ＝１、２、３及び４に対するχの値が示されている。ここで、より高い共振｜ｎ｜＞０は、完全なＣＬが端のセル（図３）に存在するか、しないか（図２）に関わらず同じになっている。更に、ｎ＝０に近い共振は、χの値が小さいが（χの下限０に近い）、より高い共振では、式（４）に示されているようにχの上限４に到達する傾向がある。
【表１】
0005599472.tif 000007
【００３１】
図７Ａ及び図７Ｂには、ωＳＥ＝ωＳＨ（すなわち、ＬＲ  ＣＬ＝ＬＬ  ＣＲのバランスがとれた状態）及びωＳＥ≠ωＳＨ（非バランス状態）の両方の場合について、分散曲線βが周波数ωの関数として示されている。後者の場合、ｍｉｎ(ωＳＥ，ωＳＨ)とｍａｘ(ωＳＥ，ωＳＨ)との間に周波数ギャップが存在する。制限周波数ωｍｉｎ及びωｍａｘ値は、χが上限χ＝４に到達する場合の式（５）と同じ共振の式で与えられ、次のようになる。
【数６】
0005599472.tif 000008
【００３２】
加えて、図７Ａ及び図７Ｂには、分散曲線に沿った共振の位置の例が示されている。ＲＨ領域（ｎ＞０）において、ｐをセルサイズとした構造サイズｌ＝Ｎｐは、周波数が低くなるにしたがって大きくなる。反対に、ＬＨ領域では、Ｎｐが小さな値の時に低い周波数となり、デバイスの小型化を達成できる。分散曲線は、これら共振周辺の帯域幅のある指標を提供する。例えば、ＬＨ領域ではβ曲線がほとんど平坦であるため、ＬＨ共振の帯域幅が狭くなることが分かる。ＲＨ領域では、分散曲線が急峻であるので、帯域幅が広くなることが分かる。したがって、ブロードバンドを得るための第１の条件、第１ＢＢ条件は、次のように表される。
【数７】
0005599472.tif 000009
ここで、χは、式（４）で与えられ、ωＲは、式（１）で定義される。式（４）の分散関係式から、共振は、|ＡＮ|＝１のときに発生し、式（７）の第１ＢＢ条件（条件１）中の分母が0になる。ここで、ＡＮは、Ｎ個の同一単位セル（図４Ｂ及び図６Ｂ）の伝送行列の第１要素である。計算により、ＣＯＮＤ１は、実際にはＮと無関係であり、式（７）の２番目の式で与えられることが分かる。分散曲線の勾配、言い換えれば、可能な帯域幅を規定するのは、共振における分子とχの値であり、これらは表１に定義されている。帯域幅が４％を超える場合、対象とする構造のサイズは、大きくてもＮｐ＝λ／４０である。小さなセルサイズｐを有する構造の場合、式（７）は、高いωＲ値は条件１を満足する、すなわち、低いＣＲ及びＬＲ値という条件を満たすことを示しているが、これは、ｎ＜０の共振が、表１の４の近くのχ値で生じるからである、言い換えると、（１−χ／４→０）となるからである。
【００３３】
上記で述べたように分散曲線の勾配を急峻な値にした後の、次のステップは、好適な整合を特定することである。理想的な整合インピーダンスとしては、固定値を有し、大型の整合回路を必要としないものが望ましい。ここで、"整合インピーダンス"という言葉は、アンテナなどの片側給電の場合の給電路及び終端を指す。入出力整合回路を解析するために、図４ＢのＴＬ回路について、Ｚｉｎ及びＺｏｕｔを計算することができる。図３の回路は対称的なので、Ｚｉｎ＝Ｚｏｕｔである。また、以下の式に示されるように、ＺｉｎはＮとは関係なく、正の実数値のみを有する。
【数８】
0005599472.tif 000010
Ｂ１／Ｃ１が０よりも大きい理由は、式（４）における｜ＡＮ｜≦１という条件によるものであり、その結果、０≦−ＺＹ＝χ≦４というインピーダンス条件が得られる。第２ＢＢ条件は、一定の整合を維持するようにＺｉｎが共振に近い周波数でわずかに変動することである。実際の入力インピーダンスＺｉｎ'は、式（３）に示されているようにＣＬ直列キャパシタンスの寄与を含むことに注意する。第２ＢＢ条件は、以下のように表される。
【数９】
0005599472.tif 000011
【００３４】
図２及び図３の伝送線の例とは異なり、アンテナ設計は、典型的には、構造端におけるインピーダンスとの整合がよくない無限大のインピーダンスを持つ開放端面を有する。キャパシタンス終端は、以下の式で与えられる。
【数１０】
0005599472.tif 000012
この値はＮに依存し、純粋な虚数である。ＬＨ共振は典型的にはＲＨ共振よりも狭いので、選択された整合値は、ｎ＞０の場合よりもｎ＜０の場合に導き出される値に近い。
【００３５】
ＬＨ共振の帯域幅を増大する１つの方法として、シャントキャパシタＣＲを低減することが挙げられる。低減させることにより、式（７）で説明された急な勾配を持つ分散曲線のωＲ値が高くなる。ＣＲを低減させるには、様々な方法があり、１）基板厚さを増す、２）セルパッチの面積を減らす、３）上部セルパッチの下の接地面積を縮小して、"有限地（truncated ground）"とする、又は、これらの組み合わせが含まれる。
【００３６】
図１及び図５のＭＴＭ  ＴＬ及びアンテナ構造は、導電層を使用して、完全接地電極として基板の下面全体を覆っている。基板面の１以上の部分を露出させるべくパターニングされた有限接地電極を使用して、基板の全面よりも小さな面積に接地電極の面積を低減させることができる。これにより、共振帯域幅を広げ、共振周波数を同調させることができる。図８及び図１１には、有限地電極構造の２つの例が示されており、基板の接地電極側のセルパッチのフットプリント内の領域における接地電極の量が低減され、残りのストリップライン（ビア線）を、セルパッチのビアとメイン接地電極とを、セルパッチのフットプリントの外側で接続するのに使用されている。この有限地面による方法は、ブロードバンド共振を達成するべく、様々な構成に実装されてもよい。
【００３７】
図８は、４つのセルが存在するＭＴＭ伝送線の場合の有限地電極の一例が示されており、接地電極は、セルパッチの下の１方向に沿って、セルパッチよりも小さな寸法を有する。接地導電層は、ビアに接続され、セルパッチの下側を通過するビア線を含む。ビア線は、各単位セルのセル経路の寸法よりも小さな幅を有する。基板の厚みをこれ以上大きくすることができない、又は、アンテナ効率が低減してしまうためにセルパッチの面積を低減できない場合に、他の方法ではなく、製品の実装に有限地を使用することが望ましい。接地が有限とされる場合、図８に示されるように、ビアを主接地に接続する金属ストリップ（ビア線）によって、更なるインダクタＬｐ（図９）を導入してもよい。図１０には、図８のＴＬ構造と同様に、有限地を有する４つのセルのアンテナが示されている。
【００３８】
図１１には、有限地構造を有するＭＴＭアンテナの別の例が示されている。この例では、接地導電層は、ビア線、及び、セルパッチのフットプリントの外側に形成される主接地を含む。各ビア線は、第１縁位端において主接地に接続され、第２縁位端においてビアに接続される。ビア線は、各単位セルのセル経路の寸法よりも小さい幅を有する。
【００３９】
有限地構造に対する式を導くことができる。有限地の例では、シャントキャパシタンスＣＲが小さくなるため、共振は、式（１）、（５）及び（６）並びに表１と同じ式となる。以下に、２つの方法を示す。図８及び図９には、ＬＲを（ＬＲ＋Ｌｐ）で置き換えた式（１）、（５）及び（６）並びに表１と同じように共振が表される方法１が示されている。｜ｎ｜≠０の場合、各モードは、（１）ＬＲが（ＬＲ＋Ｌｐ）で置き換えられた場合のω±η、及び（２）ＬＲが（ＬＲ＋Ｌｐ／Ｎ）で置き換えられた場合のω±ηに対応する２つの共振を有し、ここで、Ｎは単位セルの個数である。方法１の場合、インピーダンスの式は、以下のようになる。
【数１１】
0005599472.tif 000013
ここで、Ｚｐ＝ｊωＬｐであり、Ｚ、Ｙは式（２）に規定されている。式（１１）は、２つの共振ω及びω'がそれぞれ、低いインピーダンス及び高いインピーダンスを有することを示している。したがって、多くの場合、ω付近の共振に周波数を合わせることが容易になる。
【００４０】
２番目の方法、方法２が、図１１及び図１２に示されており、ＬＬを（ＬＬ＋Ｌｐ）で置き換えた式（１）、（５）及び（６）並びに表１と同じように共振が表されるこの第２の方法では、シャントキャパシタＣＲが減少する一方で、シャントインダクタの組み合わせ（ＬＬ＋Ｌｐ）が増加するので、ＬＨ周波数が低くなる。
【００４１】
上記のＭＴＭ構造の例は、２つの金属層上に形成され、この２つの金属層のうちの１つが、接地電極として使用され、導電ビアを介して他方の金属層と接続される。このような２層ＣＲＬＨ  ＭＴＭ  ＴＬ及びビアを有するアンテナは、図１及び図５に示すような完全接地電極を使用して、又は、図８及び図１０に示すような有限地電極を使用して構築することができる。
【００４２】
一実施形態において、ＳＬＭ  ＭＴＭ構造は、第１基板面及び対向基板面を有する基板を含み、第１基板面上に形成された金属層に、誘電体基板を貫通する導電ビアを使用することなく、ＳＬＭ  ＭＴＭ構造を形成する２つ以上の導電部分を有するように金属層がパターニングされている。金属層における導電部分は、ＳＬＭ  ＭＴＭ構造のセルパッチ、セルパッチとは空間的に分離されている接地（グラウンド）、接地とセルパッチとを相互接続するビア線、及び、直接セルパッチと接触することなくセルパッチに容量的に結合される給電線を含む。ＬＨ直列キャパシタンスＣＬは、給電線とセルパッチとの間の隙間を介して容量的に結合されることにより生成される。ＲＨ直列インダクタンスＬＲは、主に、給電線及びセルパッチにおいて生成される。このＳＬＭ  ＭＴＭ構造における２つの導電部分の間に、垂直方向に挟まれる誘電体は存在しない。その結果、ＳＬＭ  ＭＴＭ構造のＲＨシャントキャパシタンスＣＲは、無視できるほど小さく設計されてもよい。それでもなお、１つの金属層に配置されるセルパッチと接地との間に、小さいＲＨシャントキャパシタンスＣＲを誘起することができる。ＳＬＭ  ＭＴＭ構造におけるＬＨシャントインダクタンスＬＬは、基板を貫通するビアが存在しないことにより無視できるが、接地に接続されているビア線は、ＬＨシャントインダクタンスＬＬに等価なインダクタンスを生成することができる。ＴＬＭ−ＶＬ  ＭＴＭアンテナ構造は、縦方向の容量結合を生成するべく、２つの異なる層に位置する給電線及びセルパッチを有してもよい。
【００４３】
ＳＬＭ及びＴＬＭ−ＶＬ  ＭＴＭアンテナ構造とは異なり、マルチレイヤＭＴＭアンテナ構造は、少なくとも１つのビアにより接続される２つ以上の金属層における導電部分を有する。このようなマルチレイヤＭＴＭアンテナ構造の例及び実装形態については、２００８年１１月１３日出願の米国特許出願公開第12/270,410号明細書、""Metamaterial Structures with Multilayer Metallization and Via（マルチレイヤ金属層及びビアを有するメタマテリアル構造）"に記載されており、その開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。この複数の金属層は、２つの隣接する金属層が電気的絶縁材料（例えば、誘電体）によって分離される基板、膜又はプレート構造に基づいて、複数の導電部分を有するようにパターニングされる。２つ以上の基板が、誘電体スペーサを使用して又は使用せずに互いに積層されて、特定の技術特徴又は利点を達成するべく、複数の金属層のための複数の面を提供してもよい。このようなマルチレイヤＭＴＭ構造は、少なくとも１つの導電ビアを実装して、一の金属層の一の導電部分を、別の金属層の別の導電部分に接続する。このような構成により、一の金属層における一の導電部分を、他の金属層における別の動転部分と接続することができる。
【００４４】
ビアを有する２層ＭＴＭアンテナ構造の実装形態は、第１基板面及び第１基板面に対向する第２基板面を有する基板と、第１基板面上に形成された第１金属層、及び、第２基板面上に形成された第２金属層を備え、２つの金属層は、第１金属層における一の導電部分と第２金属層における別の導電部分とを接続する少なくとも１つの導電ビアを有する２つ以上の導電部分を有するようにパターニングされる。有限地は、表面の一部を露出した状態にして、第１金属層に形成することができる。第２金属層における導電部分は、ＭＴＭ構造のセルパッチ及び給電線を含むことができ、給電線の遠位端は、セルパッチの近くに位置してセルパッチに容量結合され、アンテナ信号をセルパッチへと／から伝送する。セルパッチは、露出面の少なくとも一部と並行に形成される。第１金属層における導電部分は、第１金属層における有限地と、第２金属層におけるセルパッチとを基板に形成されたビアを介して接続するビア線を含む。ＬＨ直列キャパシタンスＣＬは、給電線とセルパッチとの間の隙間を介して容量結合により生成される。ＲＨ直列インダクタンスＬＲは、主に、給電線及びセルパッチにおいて生成される。ＬＨシャントインダクタンスＬＬは主に、ビア及びビア線により誘起される。ＲＨシャントキャパシタンスＣＲは主に、第２金属層におけるセルパッチと、第１金属層に投影した場合のセルパッチのフットプリントにおけるビア線の一部との間に誘起される。メアンダラインのような更なる導電線を、給電線に付加して、ブロードバンド又はマルチバンドアンテナオペレーションをサポートするべく、ＲＨモノポール共振を誘起してもよい。
【００４５】
ＭＴＭアンテナがサポート可能な様々な周波数帯の例には、携帯電話及び携帯デバイスアプリケーション、ＷｉＦｉアプリケーション、ＷｉＭａｘアプリケーション及びその他の無線通信アプリケーションのための周波数帯域が含まれる。携帯電話及び携帯デバイスアプリケーションのための周波数帯域の例として、ＣＤＭＡ（８２４−８９４ＭＨｚ）及びＧＳＭ（登録商標）（８８０−９６０ＭＨｚ）を含むセルラーバンド（８２４−９６０ＭＨｚ）、及び、３つのバンドＤＣＳ（１７１０−１８８０ＭＨｚ）、ＰＣＳ（１８５０−１９９０ＭＨｚ）及びＡＷＳ／ＷＣＤＭＡ（２１１０−２１７０ＭＨｚ）バンドを含むＰＣＳ／ＤＣＳバンド（１７１０−２１７０ＭＨｚ）が挙げられる。
【００４６】
ＭＴＭ構造は、ＰＣＢ面積要因、デバイス性能必要条件及びその他の仕様のような、アプリケーションの条件に合致するように、スペシフィックに変更可能である。ＭＴＭ構造におけるセルパッチは、様々な幾何学的形状及び寸法を有することができ、例えば、矩形、多角形、不規則な形、円形、楕円形、又は、異なる形状の組み合わせであってもよい。ビア線及び給電線についても、様々な幾何学的形状及び寸法を有することができ、例えば、矩形、多角形、不規則な形、ジグザグ、螺旋、蛇行線、又は、異なる形状の組み合わせであってもよい。容量結合を変更するべく、給電線の遠位端の形状をランチパッドを形成するように変更してもよい。ランチパッドは、様々な幾何学的形状及び寸法を有することができ、例えば、矩形、多角形、不規則な形、円形、楕円形、又は、異なる形状の組み合わせであってもよい。ランチパッドとセルパッチとの間の隙間は、様々な形状であってもよく、例えば、直線、曲線、Ｌ字型、ジグザグ線、不連続線、包囲線、又は、異なる形状の組み合わせであってもよい。給電線、ランチパッド、セルパッチ及びビア線の一部は、異なる層に形成されてもよい。給電線、ランチパッド、セルパッチ及びビア線の一部は、一の金属層から異なる金属層へと延在することができる。アンテナ部分は、主基板面から数ミリメートル上方に配置することができる。複数のセルを、直列に接続して、マルチセルＩＤ構造を形成してもよい。複数のセルを直行方向に接続して、２Ｄ構造を形成してもよい。ある実装形態では、１つの給電線により、複数のセルパッチに電源を供給するよう設計してもよい。別の実装形態では、更なる導電線を給電線又はランチパッドに追加してもよく、導電線は、様々な幾何的形状及び寸法を有することができ、例えば、矩形、不規則な形、ジグザグ、平面螺旋、垂直螺旋、蛇行線、又は、異なる形状の組み合わせであってもよい。更なる導電線は、最上層、中間層又は最下層、若しくは、基板の数ミリメータ上方に配置することができる。
【００４７】
その他の種類のＭＴＭアンテナには、非平面型ＭＴＭアンテナが含まれる。非平面型ＭＴＭアンテナ構造は、ＭＴＭアンテナの１以上のアンテナ部分を、同じＭＴＭアンテナの１以上の別のアンテナ部分とは離して配置することにより、ＭＴＭアンテナ構造のアンテナ部分を非平面形状に空間的に分布させて、ポータブル無線通信デバイスのような無線通信デバイスの割り当てられた空間又は容積に適合するようなコンパクトな構造を提供することができる。例えば、ＭＴＭアンテナの１以上のアンテナ部分を、誘電体基板上に位置させることができ、ＭＴＭアンテナのその他の１以上の部分を別の誘電体基板上に位置させることによって、ＭＴＭアンテナのアンテナ部分が、例えば、Ｌ字型のアンテナ形状のように、空間的に非平面形状に分布させることができる。様々なアプリケーションにおいて、ＭＴＭアンテナのアンテナ部分は、３次元（３Ｄ）基板構造において、平行又は非平行な層における様々な部分に適合するように配置することができる。非平面型ＭＴＭアンテナ構造は、製品の筐体の内部に又は周囲に梱包されてもよい。空間を有効に利用するべく、非平面型ＭＴＭアンテナ構造におけるアンテナ部分を、筐体、ハウジング壁部、アンテナキャリア、又は、その他のパッケージ構造に係合するように配置することもできる。ある実装形態では、非平面型ＭＴＭアンテナ構造の少なくとも１つのアンテナ部分を、実質的に、パッケージ構造の近接面と平行に又は隣接させて配置させ、アンテナ部分は、パッケージ構造の内部又は外側に存在させることができる。ある実装形態では、ＭＴＭアンテナ構造を、製品のハウジングの内壁、アンテナキャリアの外面、又は、デバイスパッケージの外形と共形にすることができる。このような非平面型ＭＴＭアンテナ構造は、同様な平面形状のＭＴＭアンテナよりも小さなフットプリントとすることができ、それにより、携帯電話のような携帯型通信デバイスにおける限られた利用可能空間に適合させることができる。ある非平面型ＭＴＭアンテナ設計では、スイベル機構又はスライディング機構を組み込んで、ＭＴＭアンテナの一部又は全体を、折り畳む又はスライドさせてもよく、それにより、不使用時に省空間とすることができる。更に、誘電体スペーサを有する又は有さない積層された基板を使用して、ＭＴＭアンテナの異なるアンテナ部分をサポートし、積層基板間の機械的及び電気的接触を組み込むことにより、主基板上の空間を利用できる。
【００４８】
非平面型３Ｄ  ＭＴＭアンテナを、様々な形状で実装可能である。例えば、本明細書に記載されるＭＴＭセルセグメントは、様々なＭＴＭ構造の付近に形成されるチューニング要素を有する設計を実装するための非平面３Ｄ形状に配置されてもよい。２００９年５月１３日出願の米国特許出願公開第１２／４６５，５７１号"Non-Planar Metamaterial Antenna Structures（非平面型メタマテリアルアンテナ構造）"は、例えば、ＭＴＭ構造の近くにチューニング要素を実装可能な３Ｄアンテナ構造を開示している。米国特許出願公開第１２／４６５，５７１号の開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００４９】
一側面として、米国特許出願公開第１２／４６５，５７１号明細書は、囲みを形成す壁を有するデバイスハウジング、デバイスハウジング内に位置しその他の壁面よりも第１壁近くに位置する第１アンテナ部分、及び、第２アンテナ部分を含むアンテナデバイスを開示している。第１アンテナ部分は、第１壁近くの第１面に配置された１以上の第１アンテナ構成要素を含む。第２アンテナ部分は、第１面とは異なる第２面に配置された１以上の第２アンテナ構成要素を含む。このデバイスは、第１アンテナ部分と第２アンテナ部分と接続する接合アンテナ部分を含み、第１アンテナ部分の１以上のアンテナ構成要素と、第２アンテナ部分の１以上のアンテナ構成要素とを電磁的に結合することにより、アンテナ信号における少なくとも１つの共振周波数をサポートし、共振周波数の１波長の半分よりも小さな寸法を有するＣＲＬＨ  ＭＴＭアンテナを形成する。別の側面として、米国特許出願公開第１２／４６５，５７１号明細書には、パッケージング構造と係合する構造を有するアンテナデバイスが開示されている。アンテナデバイスは、パッケージング構造の第１平面部分に近接して設けられる第１アンテナ部分を含み、第１アンテナ部分は、第１平面基板及び第１平面基板に関連付けられた少なくとも１つの導電部分を含む。第２アンテナ部分は、同デバイスに設けられ、パッケージ構造の第２平面部分に近接して配置される。第２アンテナ部分は、第２平面基板、及び、第２平面基板と関連付けられた少なくとも１つの第２導電部分を含む。このデバイスはまた、第１アンテナ部分及び第２アンテナ部分を接続する接合アンテナ部分を含む。少なくとも１つの第１導電部分、少なくとも１つの第２導電部分、及び、接合アンテナ部分が統合して、アンテナ信号における少なくとも１つの共振周波数をサポートするＣＲＬＨ  ＭＴＭ構造を形成している。更なる別の側面として、米国特許出願公開第１２／４６５，５７１号明細書には、パッケージング構造に係合する構造を有し、可撓性誘電体を有する基板及び基板と関連付けられ２つ以上の導電部分を含むアンテナデバイスが開示されており、それにより、アンテナ信号における少なくとも１つの共振周波数をサポートするよう構成されるＣＲＬＨ  ＭＴＭ構造が形成される。ＣＲＬＨ  ＭＴＭ構造は、パッケージ構造の第１平面部分に近接するように設計される第１アンテナ部分、パッケージ構造の第２平面部分に近接するように設計される第２アンテナ部分、及び、第１アンテナ部分と第２アンテナ部分との間に形成され、第１アンテナ部分及び第２アンテナ部分の間に形成され、パッケージング構造の第１平面部分及び第２平面部分によって形成される角付近で曲げられる第３アンテナ部分に分けられる。
【００５０】
リターンロス、利得及び放射効率は、特に、ＰＣＢの利用可能面積が限られている小型の携帯型通信デバイスに対する重要なアンテナ性能測定基準である。多くの場合、アンテナのサイズが減少すると、効率も減少する。所定の限られた空間において高い値の性能測定指標を得ることは、特に携帯電話及びその他の小型移動通信デバイスのアンテナ設計における挑戦である。例えば、携帯デバイスのサイズが小さくなるのに従ってＰＣＢにおける利用可能面積が小さくなることにより、ＲＦ回路周りのアンテナ構造、キーパッド、マイク、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、バッテリー及びカメラ等の設計がより難しくなる。リターンロス、利得及び放射効率を含むアンテナ性能は、アンテナ付近の同じＰＣＢ上の物体によって大きく劣化する場合がある。外部物体には、アンテナ性能に干渉する可能性のある人体の部分も含まれる。この場合、人体によるＲＦ信号の吸収を最小限にするべく、アンテナを人体の影響から遮蔽することが重要である。
【００５１】
アンテナ構造は、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）アダプタ、及び、ＰＣメモリカード国際協会（ＰＣＭＣＩＡ）カードのようなその他の小型デバイスに構築することができる。これらデバイスは、典型的には、ラップトップ又はデスクトップコンピュータのようなホストデバイスにプラグインされて、ネットワークカード、外部記憶装置、プリンタ及びマルチメディアデバイスのような外部デバイスと通信を行うための周辺インターフェースとして動作する。アンテナ性能は、ホストデバイスＰＣＢ接地及びホストデバイスＬＣＤのような付加的物体に近接することによって影響を受ける可能性がある。また、アンテナ性能は、ホストデバイスのサイズ、形状及び構造によっても変化する可能性がある。したがって、許容される及び好適なアンテナ性能を達成するためには、埋め込まれたデバイスがホストデバイスとは独立して動作することを設計段階において確かにすることが重要である。例えば、ホストデバイスから埋め込みデバイスを絶縁するのに使用される設計の特徴には、周波数依存性コネクタ又は能動要素を利用するアンテナデバイスが含まれ、それにより、その他の回路構成要素及びデバイスのオペレーションに影響を与えることなく、アンテナの周りを取り囲む物体によって引き起こされる干渉の影響を最小限にする。本明細書では、ＭＴＭアンテナ構造付近の物体の近接効果を最小にする又は取り除くための、幾つかの周波数依存性絶縁技術及び構造について記載する。
【００５２】
アンテナをサポートし、特定の回路要素をアンテナから絶縁するのに１以上の周波数依存構造を使用する無線デバイスの実施形態は、１以上の基板により支持される１以上の金属層、１以上の金属層のうちの１つに形成される接地電極、１以上の金属層の少なくとも１つに形成される１以上の金属板、１以上の金属層のうちの少なくとも１つに形成される幾つかの導電部分、及び、１以上の金属板及び接地電極とそれぞれ電気的に結合する１以上の電気要素を備え、ＲＦ周波数源により１以上の電気要素に付随するインピーダンスが決定される。
【００５３】
図１３には、無線デバイス１３００におけるアンテナの性能を改善するのに使用される絶縁技術及び構造の一例が示されている。図１３に示すように、金属板１３０１が、アンテナ１３０３及び接地面１３０５の近くに位置している。一例では、金属板１３０１は、キーパッド、キードーム、マイク及びカメラモジュールのような携帯電話に組み込まれる構成要素をサポートするように設計されてもよい。接地面１３０５を、アンテナ１３０３及び金属板１３０１に位置する集積される構成要素で共有してもよく、適切な接地面を可能とする。ＲＦ入力信号をアンテナ１３０３に供給し、アンテナ１３０３を接地面１３０５に接続するのに無線送受信機のようなアンテナ電源１３０９を使用してもよい。ＤＣ動作の間、ＤＣ電流を金属板１３０１に供給して、集積される携帯電話構成要素をサポートすることができる。しかしながら、高ＲＦ動作では、これら集積される構成要素とアンテナ１３０３との間で望ましくない相互作用が発生し、アンテナの性能を低減させてしまう可能性がある。したがって、特定の周波数において、アンテナ１３０３を、金属板１３０１に位置する集積される携帯電話構成要素から絶縁することが、アンテナ性能の観点において有効であり関心を払うべき事項である。集積される部品の近傍で１以上のアンテナを動作させることを可能とする様々な絶縁技術及び絶縁構造を以下に示す。例えば、周波数依存性を有するインダクタ１３０７のような電子部品を使用して、金属板１３０１を接地面１３０５に接続して、特定の周波数において、アンテナ１３０３から金属板１３０１を絶縁してもよい。ＤＣオペレーションでは、インダクタ１３０７は低インピーダンス部品として動作してもよく、組み込まれた部品からのＤＣ電流を歪ませることなく、接地面１３０５のその他の回路部品に伝達させることができる。高周波数帯又はマイクロ波周波数では、インダクタ１３０７は高インピーダンス要素として動作してもよく、それにより、ＲＦ電流が金属板１３０１に流れるのをブロックすることができ、アンテナ１３０３とＲＦ電流が相互作用して悪影響を及ぼすのを防ぐことができる。このように、金属板１３０１と接地面１３０５との間にインダクタ１３０７のような周波数依存性コネクタを使用することにより、キーパッド、キードーム、マイク及びカメラモジュールのような組み込まれた部品を、高周波数で動作する場合にアンテナ１３０３の性能に悪影響を与えることなく、金属板１３０１上で安全に動作させることができる。
【００５４】
その他の無線デバイスの構成には、非平面型無線デバイスが含まれてもよい。例えば、図１３に例示されているアンテナ１３０３は、金属板１３０１及び接地面１３０５に実質的に平行で、空間的に金属板及び接地面から空間的に離れて位置する異なる面上に形成することができ、それにより非平面型無線デバイスを形成する。加えて、上記の絶縁技術及び絶縁構造を非平面型無線デバイスに適用して絶縁を提供することができ、１以上のアンテナがその他の回路部品の近くで動作することが可能となる。
【００５５】
図１４に示すように、例えば、非平面型無線デバイス１４００は、第１面上に形成されたアンテナ１４０３、第２面にそれぞれ形成される２つの導電要素、金属板１４０１及び接地面１４０５を備えてもよい。ＲＦ入力信号をアンテナ１４０３に供給し、アンテナ１４０３を接地面１４０５に接続するのに無線送受信機のようなアンテナ電源１４０９を使用してもよい。金属板１４０１を、実質的にアンテナ１４０３と平行に当該アンテナの下方に位置させて、物理的に近傍の物体、例えば、人間の体とアンテナ１４０３との間の物理的バリア又はシールドとして機能させてもよく、それにより、人間の体のような物体の効果により引き起こされる無線干渉を低減させることができる。また、金属板１４０１は、キーパッド、キードーム、マイク及びカメラモジュールのような携帯電話に組み込まれる構成要素をサポートするように設計されてもよい。アンテナ１４０３と、その他の回路及び金属１４０１に形成された携帯電話部品とで、接地面１４０５を共有してもよい。ＤＣオペレーションでは、ＤＣ電流が金属板１４０１に供給されて、これら組み込まれた携帯電話部品をサポートしてもよい。しかしながら、高周波数では、上記の実施形態で指摘したように、これら携帯電話部品は、アンテナ１４０３と干渉して、アンテナ性能が低減してしまう可能性がある。
【００５６】
上記の実施形態と同様な絶縁技術及び絶縁構造を、非平面型無線デバイス１４００に適用することができる。例えば、周波数依存性を有するインダクタ１４０７のような電子部品を使用して、金属板１４０１を接地面１４０５に結合して、特定の周波数において、アンテナ１４０３から金属板１４０１を絶縁してもよい。ＤＣオペレーションでは、インダクタ１４０７は低インピーダンス部品として動作してもよく、組み込まれた部品からのＤＣ電流を歪ませることなく、その他の回路部品に伝達させることができる。高周波数帯又はマイクロ波周波数帯では、インダクタ１４０７は高インピーダンス部品として動作してもよく、それにより、ＲＦ電流が金属板１４０１に流れるのをブロックすることができ、アンテナ１４０３への干渉を取り除く又は最小限にすることができる。このように、金属板１４０１と接地面１４０５との間にインダクタ１４０７のような周波数依存性コネクタを使用することにより、キーパッド、キードーム、マイク及びカメラモジュールのような組み込まれた部品を、高周波数で動作する場合にアンテナの性能に悪影響を与えることなく、金属板１４０１上に搭載することができる。また、金属板１４０１は、インダクタ１４０７と組み合わせられることによって、アンテナ１４０３に対するシールドとして機能することができ、人間の体からの影響を最小にし、人間の体によって吸収される比吸収率（ＳＡＲ）を下げることに役立つ。
【００５７】
図１５Ａには、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ドングルデバイスアプリケーション１５００で使用される複数のアンテナの性能を改善するのに使用される絶縁技術及び絶縁構造の一例が示されている。ＵＳＢドングルデバイス１５０１の一例は、ラップトップ又はデスクトップコンピュータのようなホストデバイス１５０５のＵＳＢポート１５０３に挿入されるＵＳＢ雌コネクタ、又は、プラグ１５０７を有するハードウェアの取り外し可能部分を含む。ＵＳＢドングルデバイス１５０１は、無線アプリケーションをサポートし、複数のビルトインアンテナを収容してもよい。図１５Ａに示すように、アンテナの性能は、接地面のサイズ及びホストデバイス１５０５と関係するＬＣＤパネルのサイズのような、周囲を取り囲む物体に依存する。周囲を取り囲む物体の構成により、インピーダンス整合及び放射効率を含む複数のアンテナの性能の最適化が難しく不安定になっている。図１５Ｂには、周囲を取り囲む物体によって生じる最適化の問題を解決するべく、ＵＳＢドングルデバイス１５０１に組み込まれた複数のアンテナ構造の一実装例が示されている。
【００５８】
図１５Ｂに示すように、ＵＳＢドングルデバイス１５０１は、第１アンテナ１５２５及び第２アンテナ１５２７、第１アンテナ電源１５３１、第１アンテナ１５２５及び第２アンテナ１５２７にそれぞれＲＦ入力信号を供給するのに使用される第２アンテナ電源１５３３、第１アンテナ電源１５３１及び第２アンテナ電源１５３３に結合される接地面１５２３、及び、電気要素１５２９を介して接地面１５２３に接続される金属板１５２１を備え、金属板１５２１はＵＳＢ雄コネクタ１５０７に接続されている。
【００５９】
動作時には、接地面１５２３は、金属板１５２１及び２つのアンテナ１５２５及び１５２７を介して、ＵＳＢ雄コネクタ１５０７に接続されたホストデバイス１５０５に接地面を提供するように構成される。しかしながら、コンピュータ１５０５に関連する周囲を取り囲む物体により、特定の周波数において２つのアンテナと干渉し、これらアンテナの性能が低減する可能性がある。そこで、特定の周波数において、２つのアンテナ１５２５及び１５２７を、コンピュータ１５０５に関連する周囲を取り囲む物体から絶縁することが、アンテナ性能に関して有効である。例えば、電気要素１５２９を、インダクタのような周波数依存性コネクタに置き換えて、金属板１５２１を接地面１５２３に接続し、特定の周波数において２つのアンテナ１５２５及び１５２７を金属板１５２１から絶縁してもよい。ＤＣ動作時には、例えば、インダクタを、ＤＣ電流を流すことを可能とする低インピーダンス要素として機能させてもよい。ＵＳＢドングルデバイス１５０１が、ＵＳＢコネクタ１５０７を介してホストデバイス１５０５のＵＳＢスロット１５０３に挿入されると、ＤＣ及び低周波数信号がホストデバイス１５０５から金属板１５２１を介してＵＳＢドングルデバイス１５０１へと、インダクタ１５２９を介してＵＳＢドングルデバイス１５０１の接地面１５２３上に形成された全ての回路へと供給されてもよい。
【００６０】
高周波数域又はマイクロ波周波数では、例えば、インダクタを、ＲＦ電流が流れるのをブロックすることができる高インピーダンス要素として動作させてもよい。例えば、大きな接地面又はホストデバイス１５０５と関連付けられたＬＣＤパネルによって引き起こされる、ＵＳＢドングルデバイス１５０１の２つのアンテナ１５２５及び１５２７に対するＲＦ干渉を、インダクタ１５２９によってブロックすることができる。このように、周波数依存性コネクタを使用して、接地面を２つのアンテナから効果的に絶縁することにより、ＵＳＢドングルアプリケーションで使用されている複数アンテナの性能を維持又は改善することができる。
【００６１】
ホストデバイス１５０５とＵＳＢドングルデバイス１５０１との間で送信されるその他の信号には、デジタル信号が含まれてもよい。しかしながら、これらの信号は通常、接地面１５２３を必要としない又は利用しない。したがって、ホストデバイス１５０５からの接地面１５２３の絶縁は、送信されるデジタル信号に影響を与えない。
【００６２】
ＭＴＭアンテナをサポートし、ＭＴＭアンテナを特定の回路要素から絶縁するのに１以上の周波数依存性構造を利用する無線デバイスの一実施形態は、デバイス筐体と、デバイス筐体内に位置し、第１面及び前記第１面とは異なる第２面を有する基板構造と、基板構造に支持される接地面電極と、基板構造の第１面に支持される第１金属板と、第１金属板と接地面電極とに接続される電気要素であって、当該電気要素に関するインピーダンスがＲＦ周波数源によって決定される電気要素と、基板構造の第２面に支持される第２金属板と、第１金属板を第２金属板に接続するために基板構造に形成される複数のビアと、基板構造に支持される複数の導電部分とを備え、接地面電極、基板構造の少なくとも一部及び導電部分は、アンテナ信号に関して１以上の共振周波数を呈する右手／左手系複合（composite left and right handed：ＣＲＬＨ）メタマテリアルアンテナ構造を形成するように構成される。
【００６３】
図１６Ａ〜図１６Ｄには、小型ハンドヘルド無線デバイス１６００で使用されているＭＴＭアンテナの性能を改善する絶縁技術及び絶縁構造が例示されており、その他の回路要素がＭＴＭアンテナに近接して設けられている。小型ハンドヘルドデバイス１６００は、２つの周波数帯域、８８０ＭＨｚから９６０ＭＨｚと、１７１０ＭＨｚから１８８０ＭＨｚとをサポート可能なマルチバンドデバイスとして構成されていてもよい。
【００６４】
図１６Ａには、小型ハンドヘルド無線デバイス１６００の側面が示されている。ハンドへルド無線デバイス１６００は、図１６Ａに示すように、基板１６５３の側面にそれぞれ上部層１６０１及び下部層１６０２を有してもよい。上部層１６０１の上面図、及び、下部層１６０２の上面図がそれぞれ、図１６Ｂ及び図１６Ｃに示されている。
【００６５】
図１６Ｂには、無線デバイス１６００の上部層１６０１の構造的要素が示されている。これらの構造的要素には、上部接地面１６１５、電気要素１６０７によって上部接地面１６１５と結合される上部金属板１６０５、及び、金属板１６０５に隣接するＭＴＭアンテナ１６５１が含まれる。
【００６６】
図１６Ｃには、無線デバイス１６００の下部層１６０２の構造的要素が示されている。これらの構造的要素には、下部接地面１６３３、下部金属板１６３１、上部層１６０１のＭＴＭアンテナ１６５１と下部接地面１６３３とを接続するビア線１６２１、下部金属板１６３１と上部金属板１６０５とを接続する１対のビア１６３５、及び、電話のキーとプリント回路基板（ＰＣＢ）とを接続するように設計された複数のキードーム１６０３を含む。キードーム１６０３が電話のキーと同様なレイアウトであるために、図１６Ｃに示すように、キードーム１６０３が、下部接地面１６３３、下部金属板１６３１及び基板の露出した部分のようなその他の構造と重なる場合がある。
【００６７】
上部接地面１６１５及び下部接地面１６３３が、基板に形成されたビア（図示せず）のアレイを使用して、又は、基板の垂直方向の縁に沿って形成された導電線により、互いに接続されて、１つの接地面を構成してもよい。図１６Ｂ〜図１６Ｃに示すように、上部接地面１６１５及び下部接地面１６３３の両方を含む接地面は、ＭＴＭアンテナ１６５１、及び、上部及び下部金属板１６０５、１６３１によって共有される。
【００６８】
ハンドヘルドデバイス１６００が小型化されていることにより、キードーム１６０３及び上部金属板１６０５、下部金属板１６３１のような周りを取り囲む物体は、ＭＴＭアンテナ１６５１に近接して設けられ、ＭＴＭアンテナの性能に干渉する可能性がある。したがって、動作時に、これらの物体は、特定の周波数において、ＭＴＭアンテナ１６５１と干渉し、ＭＴＭアンテナの性能を低減させる可能性がある。そこで、上部金属板１６０５及び下部金属板１６３１からＭＴＭアンテナ１６５１を絶縁することが、特定のアンテナ性能測定基準の観点において有効である場合がある。特に、上部金属板１６０５及び下部金属板１６３１をそれぞれ、上部接地面１６１５及び下部接地面１６３３から絶縁させてもよく、それにより、キードーム１６０３及びＤＣ電源供給線によって使用される下部接地面１６３３が近接することによるＲＦ干渉なしに、インピーダンス整合及び放射効率のようなアンテナ性能を維持することができる。例えば、電気要素１６０７を、インダクタのような周波数依存性コネクタと置き換えて、上部金属板１６０５と接地面１６１５とを接続し、下部金属面１６３１を含む上部金属板１６０５を、特定の周波数においてＭＴＭアンテナ１６５１から絶縁してもよい。ＤＣ周波数において、インダクタは、ＤＣ電流を流すことができる低インピーダンス要素として機能してもよい。この場合、インダクタを介してＤＣバイアスが上部金属板１６０５及び下部金属板１６３１に供給されてもよく、それによりキードーム１６０３が適切に機能可能となる。
【００６９】
ＲＦ周波数において、インダクタは高インピーダンスを提供するので、上部金属板１６０５及び下部金属板１６３１をそれぞれ、上部接地面１６１５及び下部接地面１６３３から絶縁することができる。言い換えると、上部及び下部金属板１６０５、１６３１は、１つの接地面ではなく、２つの接続が切断された金属板と見なすことができ、ＭＴＭアンテナ１６５１の性能を低減させる可能性のある電流の流れ又は干渉が存在しない。
【００７０】
図１６Ｄには、無線デバイス１６００と関連付けられる２つの重ね合わされた層、上部層１６０１及び下部層１６０２が示されている。
【００７１】
図１７には、接地面に直接上部金属板１６０５が接続された場合と、図１６Ｄに例示したインダクタのような周波数依存性コネクタ１６０７を介して接地面に上部金属板１６０５が接続された場合との、ＭＴＭアンテナ１６５１のリターンロスの測定値を、信号周波数の関数として比較したプロット図である。図１７では、横軸には、ＭＴＭアンテナ１６５１を介して送信された信号の周波数が示されており、縦軸には、信号のｄＢ単位のリターンロスを表している。図１７の測定されたリターンロスの比較プロットによれば、上部金属板１６０５が直接接地面に接続されると、インダクタが上部金属板１６０５と接地面との間に接続される場合と比較して、ほぼ全ての周波数においてリターンロスが大きくなることが分かる。リターンロスが低い数字である場合は、一般的に、電源から負荷に至るまでインピーダンス整合が良好であることを示しており、したがって、金属板及び接地面が直接接続されるのではなく、インダクタを介して接続された場合良好な性能測定値を達成できることを示している。
【００７２】
図１８Ａ及び図１８Ｂには、低い周波数帯域と高い周波数帯域でのＭＴＭアンテナ１６５１の放射アンテナ効率を、上部金属板１６０５が直接接地面に接続された場合と、上部金属板１６０５が図１６Ｄに示したような周波数依存性コネクタ１６０７を介して接地面に接続された場合とを比較したプロットが示されている。両図における結果は、上部金属板がインダクタを介して接地面に接続された場合の方が、低周波数帯域及び高周波数帯域の両方において、ＭＴＭアンテナ１６５１の効率が高くなることを示している。このように、図１７及び図１８Ａ〜１８Ｂで示されたように、インダクタのような周波数依存性コネクタを小型集積回路設計において使用することにより、周囲を取り囲む物体に関係するＲＦ干渉を、ＭＴＭアンテナ１６５１と分離することにより、リターンロス及び効率といったアンテナ性能測定指標の値を改善させてもよい。
【００７３】
図１６Ａ〜図１６Ｄに示した無線デバイス１６００のその他のＭＴＭアンテナ設計には、図１９Ａ〜図１９Ｃに例示するような平面アンテナ設計１９０１が含まれてもよい。平面型ＭＴＭアンテナ１９０１の上部層の等角図及び上面図、並びに、下部層の上面図がそれぞれ、図１９Ａ〜図１９Ｃに示されている。
【００７４】
図１９Ａの等角図に示すように、ＭＴＭアンテナ１９０１は、基板１９０３の遠位端に位置している。上部接地面１９０５が、上部層１９０２にＭＴＭアンテナ１９０１に隣接して形成されている。明瞭化のため、図１９Ｂには上部層１９０２の上面図が示されており、図１９Ａに示した構造的要素と重なる部分から、ＭＴＭアンテナ１９０１が見えるようにしている。図１９Ａ及び図１９Ｂに示すように、平面型ＭＴＭアンテナ１９０１は、基板１９０３の上部層１９０２上に形成されるセルパッチ１９３１、アンテナ信号をセルパッチ１９３１に及びセルパッチから伝達するべく結合ギャップ１９４１を介してセルパッチ１９３１に容量結合される給電線１９３３、及び、給電線１９３３に取り付けられて基板１９０３の上部層１９０２と下部層１９０４上に形成される導電螺旋１９３５といった複数の導電部分を備えてもよい。給電線１９３３の遠位端は、給電ポート１９１１に接続されて、アンテナを介して送受信されるアンテナ信号を生成及び供給する、又は、アンテナを介してアンテナ信号を受信及び処理するアンテナ回路と給電ポートとが接続されていてもよい。複数のビア１９３７がそれぞれ対応するビア孔に挿入されて、上部層１９０２の導電部分と下部層１９０４の導電部分との導電接続が提供される。この例では、導電螺旋１９３５が、給電線１９３３に取り付けられている。導電螺旋１９３５は、トップ螺旋部分１９５１、ボトム螺旋部分１９５３、及び、基板１９０３を貫通するビア１９３７を含む。トップ螺旋部分１９５１及びボトム螺旋部分１９５３はそれぞれ、図１９Ｂ及び図１９Ｃに示されている。下部層１９０４の上面図が図１９Ｃに示されており、図１９Ａに示した複数の重なる構造的要素からアンテナ構造が見えるようになっている。図１９Ｂには、トップ螺旋部分１９５１が上部層１９０２に形成された別個の複数のセグメントを含む様子が示されている。
【００７５】
図１９Ｃに示すように、ボトム螺旋部分１９５３は、下部層１９０４に形成された別個の複数のセグメントの別のセットを含む様子が示されており、上部層の複数のセグメントと下部層の複数のセグメントとを接続するのにビア１９３７が使用され、図１９Ａに示すような垂直型の螺旋形状が形成される。給電線１９３３に取り付けられる更なる導電線により、ＲＨモノポール共振を誘起することができる。本例で使用された縦型螺旋の替わりに、メアンダ線、ジグザグ線、又は、その他の種類の線又はストライプを使用することができる。これに替えて、給電線１９３３及び導電螺旋１９３５を直接、異なる全長をもって、接続することができる。ビア線１９０９が下部層１９０４に形成され、下部接地面１９０７に接続される。ビア１９３９は、上部層１９０２におけるセルパッチ１９３１を、下部層１９０４のビア線１９０９に接続する。
【００７６】
動作時には、無線デバイス１６００の平面型ＭＴＭアンテナ１９０１は、人間の体のような物体に近接して配置されるとその性能が低下し、その結果、ハンドヘルドデバイスの全体の性能が低下してしまう。上記の実施形態で説明された以外の絶縁技術及び絶縁構造を、このＭＴＭアンテナ構成に適用してもよく、ＭＴＭアンテナ１９０１が別の導電面に近接した場合であってもアンテナ性能を維持することができる。例えば、人間の体又はその他の外的物体のような近接ソースからの干渉を取り除く又は最小するために、平面型ＭＴＭアンテナ１９０１を高い位置に配置し、金属板を平面型ＭＴＭアンテナ１９０１の下に付加して、干渉を遮蔽してもよい。しかしながら、他の回路要素をサポートするべく、これらの金属板が接地面に接続される場合には、これらの金属板が、ＭＴＭアンテナ１９０１の性能を妨げる又は劣化させる可能性がある。この場合、高い位置に形成されたＭＴＭアンテナの下に位置する金属板からのＲＦ干渉を制御する及び接地面から絶縁することが、アンテナ性能の観点で重要である。絶縁技術及び絶縁構造を使用した高い位置に形成されたＭＴＭアンテナの実装について、次の章で説明する。
【００７７】
図２０Ａ〜図２０Ｄには、高架型ＭＴＭアンテナ２００７及び接地面への周波数依存接続を有する無線デバイス２０００の複数の図が示されている。高架型アンテナ設計は、複数の面及び基板の上方にアンテナを形成することにより、アンテナ性能を改善するように構築される。
【００７８】
高架型ＭＴＭアンテナをサポートし、特定の回路を高架型ＭＴＭアンテナから絶縁するのに１以上の周波数依存構造を使用する無線デバイスの一実施形態は、デバイス筐体と、第１面及び第１面と異なる第２面を有する第１平面基板と、第１平面基板の第１面及び第２面によって支持される接地面と、第１平面基板の第１面によって支持される第１金属板と、第１平面基板の第２面によって支持される第２金属板と、第１金属板及び第２金属板を接続するべく第１平面基板に形成される複数のビアと、第１金属板を接地面に接続する第１平面基板の第１面によって支持される電気要素と、デバイス筐体の平面部分に近接して実質的に平行に構成されるアンテナ部分とを備え、ＲＦ周波数源が電気要素に付随するインピーダンスを決定し、上記アンテナ部分は、第２平面基板と、第２平面基板と関連付けられた少なくとも１つの導電部分とを有し、上記無線デバイスは、デバイス筐体の平面部分に近接して略平行に構成される第３平面基板を更に備え、上記少なくとも１つの導電部分は、少なくとも１つの周波数においてアンテナ部分に関する第１アンテナ信号における共振をサポートするように構成された右手／左手系複合（ＣＲＬＨ）メタマテリアル構造を形成する。
【００７９】
図２０Ａには、高架型ＭＴＭアンテナをサポートし、特定の回路を高架型ＭＴＭアンテナから絶縁するのに１以上の周波数依存構造を使用する無線デバイス２０００の等角図が示されている。無線デバイス２０００は、３つの基板、第１基板２００１、第２基板２００３及び第３基板２００５を備える。３つの基板は、第１基板２００１が上部層となり、第３基板２００５が下部層となり、第２基板２００３が第１基板２００１と第３基板２００５との間に位置するように積層される。図２０Ａ〜図２０Ｄに示すように、無線デバイス２０００の設計には、様々な種類の基板材料を使用してもよい。例えば、ＦＲ−４材料を第１基板２００１及び第３基板２００５に使用し、第２基板２００３には空気を使用してもよい。
【００８０】
無線デバイス２０００は、図２０Ａに示すように、第１基板２００１上に形成された高架型ＭＴＭアンテナ２００７を備える。図２０Ｂ〜図２０Ｃには、高架型ＭＴＭアンテナ２００７の上部層及び下部層の上面図がそれぞれ示されており、図２０Ａに示される重なる構造的要素からアンテナが見えるようにしている。図２０Ｂ及び図２０Ｃに示すように、高架型ＭＴＭアンテナ２００７は、第１基板２００１の上部層上に形成されるセルパッチ２０５１、アンテナ信号をセルパッチ２０５１に及びセルパッチから伝達するべく結合ギャップ２０５５を介してセルパッチ２０５１に容量結合される給電線２０５３、及び、給電線２０５３に取り付けられて第１基板２００１の上部層と下部層上に形成される導電螺旋２０５７といった複数の導電部分を備えてもよい。給電線２０５３の遠位端は、図２０Ａ及び図２０Ｄに示すように、第１基板２００１を貫通するビア２０５９及び給電線２０５３をアンテナ入力ポート２００９に接続する導電線２０７１により、アンテナ入力ポート２００９に接続される。給電線２０５３は、アンテナを介して送受信されるアンテナ信号を生成及び供給する、又は、アンテナを介してアンテナ信号を受信及び処理するアンテナ回路と接続されていてもよい。図２０Ｂ〜図２０Ｃに示すように、複数のビア２０６１がそれぞれ対応するビア孔に挿入されて、第１基板２００１の上部層の導電部分と下部層の導電部分との導電接続が提供される。この例では、導電螺旋２０５７が、給電線２０５３に取り付けられている。導電螺旋２０５７は、トップ螺旋部分、ボトム螺旋部分、及び、第１基板２００１を貫通するビア２０６１を含む。トップ螺旋部分は上部層に形成された別個の複数のセグメントを含み、ボトム螺旋部分は、下部層に形成された別個の複数のセグメントの別のセットを含み、上部層の複数のセグメントと下部層の複数のセグメントとを接続するのにビア２０６１が使用されて、垂直型の螺旋形状が形成される。給電線２０５３に取り付けられる更なる導電線により、ＲＨモノポール共振を誘起することができる。本例で使用された縦型螺旋の替わりに、メアンダ線、ジグザグ線、又は、その他の種類の線又はストライプを使用することができる。これに替えて、給電線２０５３及び導電螺旋２０５７を直接、異なる全長をもって、接続することができる。図２０Ｃに示すように、第１基板２００１の下部層には長いビア線２０６３が形成され、図２０Ｂに示すように、ビア２０６９を介して、第１基板２００１の上部層に形成される短いビア線２０６７と接続される。また、短いビア線２０６７は、第１基板２００１及び第２基板２００３の垂直方向の側面に沿って延在する金属の縦方向ストリップ２０７３によって、上部接地面２０１３と接続される。ビア２０６５は、上部層におけるセルパッチ２０５１を、第１基板２００１の下部層のビア線２０６３に接続する。
【００８１】
図２０Ａに示す更なる構造的要素には、第３基板２００５の両面に形成される接地面を含む。接地面は２つの導電面を含み、上部接地面２０１３及び下部接地面２０２３が、第３基板２００５に形成されたビア（図示せず）のアレイを使用して、又は、第３基板２００５の垂直方向の縁に沿って形成された導電線により、互いに接続されてもよい。アンテナビア線２０１１が、第１基板２００１及び第２基板２００３の垂直方向の面に沿って延在するビア線２０１１を介して、上部接地面２０１３に接続されてもよい。ビア線２０１１を上部接地面２０１３で終端させることにより、ＭＴＭアンテナ２００７は、接地面２０１３全体を送信アンテナの一部として使用することができ、効率を向上させることが可能である。上部金属板２０１５及び下部金属板２０１７は、第１基板２００１と等しい面積を有し、第３基板２００５の両面に付加される。２つの金属板２０１５、２０１７は、複数のビア２０１９を介して接続される。
【００８２】
動作時には、図２０Ａ、図２０Ｄ及び図２０Ｅに示す無線デバイス２０００の上部金属板２０１５、２０１７はシールドとして機能し、第３基板２００５の下側から放射される人間の体からの影響を最小限にすることができる。これら金属板２０１５、２０１７により、高架型ＭＴＭアンテナ２００７に十分な遮蔽効果を提供すると考えられ、それと同時に、金属板２０１５及び金属板２０１７にその他のＲＦ回路を組み込むことにより、無線デバイス２０００に占める空間を低減することができる。ＤＣ動作の間、ＤＣ電流を金属板２０１５、２０１７に供給してＲＦ回路をサポートすることができる。しかしながら、高ＲＦ動作では、これらＲＦ回路と高架型ＭＴＭアンテナ２００７との間で望ましくない相互作用が発生し、アンテナの性能を低減させてしまう可能性がある。したがって、特定の周波数において、高架型ＭＴＭアンテナ２００７を、金属板２０１５、２０１７から絶縁することが、アンテナ性能の観点において有効であり関心を払うべき事項である。
【００８３】
図２０Ｅでは、例えば、インダクタのような周波数依存性を有する電気要素２０２１を、上部金属板２０１５と下部接地面２０２３との間に接続して、下部金属板２０１７を含む上部金属板２０１５を、特定の周波数において、高架型ＭＴＭアンテナ２００７から絶縁してもよい。ＤＣオペレーションにおいて、例えば、インダクタ２０２１が、低インピーダンス部品として動作してもよく、金属基板２０１５、２０１７に集積された回路からのＤＣ電流を歪ませることなく、無線デバイス２０００内のその他の回路部品に伝達させることができる。しかしながら、高周波数帯又はマイクロ波周波数では、インダクタ２０２１は高インピーダンス部品として動作し、それにより、ＲＦ電流が金属板２０１５、２０１７に流れるのをブロックすることができ、金属板２０１５、２０１７に起因する干渉が、高周波数オペレーションの間にＭＴＭアンテナ性能に影響を与えることを防ぐことができる。
【００８４】
図２１には、図１９Ａ〜図１９Ｃに示されたような平面型ＭＴＭアンテナのリターンロスと、図２０Ａ〜図２０Ｅに示されたような無線デバイス２０００で使用されている高架型ＭＴＭアンテナのリターンロスとを比較したプロットである。リターンロスがｄＢ単位で、送信周波数の関数としてプロットされている。図２１にプロットされた結果は、ある実施形態では、高架型ＭＴＭアンテナ２００７は、特定の周波数において、平面型ＭＴＭアンテナ１９０１のインピーダンス整合と同様なインピーダンス整合を有することを示している。したがって、図２０の高架型ＭＴＭアンテナ２００７は、金属板２０１５、２０１７を使用することにより適切な遮蔽を提供する利点があると同時に、図１９に示した平面型ＭＴＭアンテナと比較して同様なインピーダンス整合を得ることができる。
【００８５】
図２２及び図２３には、高架型ＭＴＭアンテナ及び平面型ＭＴＭアンテナについて、低周波数域と高周波数域とにおける放射効率が示されている。図２２に示すように、低い周波数域では、平面型ＭＴＭアンテナよりも、高架型ＭＴＭアンテナの方が良好なアンテナ効率を示している。また、図２３に示すように、高い周波数域では、平面型ＭＴＭアンテナ及び高架型ＭＴＭアンテナの両方が同様なアンテナ効率を示している。したがって、図２０の高架型ＭＴＭアンテナ２００７は、金属板２０１５、２０１７を使用することにより適切な遮蔽効果を提供すると同時に、図１９に例示された平面型ＭＴＭアンテナと比較して良好な又は同等な効率を得ることができるという利点を有する。
【００８６】
図２４及び図２５には、人間の疑似頭部の左側及び右側での使用のように、人間の頭部への適用に関する放射性試験について、様々な周波数帯域で、平面型ＭＴＭアンテナと高架型ＭＴＭアンテナとの間でアンテナ効率の比較を示したものである。比較により、図に示すように、人間の頭部が関係するアプリケーションでは、高架型ＭＴＭアンテナの方が平面型ＭＴＭアンテナよりも良好なアンテナ効率を有することが証明された。この結果は更に、人間の体によって引き起こされる近接効果に関わるアプリケーションに、金属板を採用することの効果を支持するものである。
【００８７】
複数のセルパッチを有する平面型ＭＴＭアンテナをサポートし、高架型ＭＴＭアンテナから特定の回路要素を絶縁するべく１以上の周波数依存性構造を使用する無線デバイスの一実施形態は、デバイス筐体と、デバイス筐体内に位置して第１面及び前記第１面とは異なる第２面を有する基板構造と、基板構造の第１面及び第２面によって支持される接地面電極と、基板構造の第１面によって支持される第１金属板及び第２金属板と、第１金属板を接地面電極に接続する第１電気要素と、第２金属板を接地面電極に接続する第２電気要素と、基板構造によって支持される複数の導電部分を備え、ＲＦ周波数源は第１電気要素と関連付けられるインピーダンスを決定し、別のＲＦ周波数源は第２電気要素と関連付けられるインピーダンスを決定し、接地面電極、基板構造の少なくとも一部及び複数の導電部分は、アンテナ信号に関して１以上の共振周波数を呈する右手／左手系複合（ＣＲＬＨ）メタマテリアルアンテナ構造を形成するように構成される。
【００８８】
図２６Ａ、図２６Ｂ及び図２６Ｃはそれぞれ、等角図、上部層２６００−１の上面及び下部層２６００−３の上面図２６００−２を示しており、接地面への周波数依存性接続を有する無線デバイス２６００で使用される複数のセルパッチ構造を有する平面型ＭＴＭアンテナの実装を示している。
【００８９】
等角図及び図２６Ｂに示す上部層２６００−１に示すように、ＭＴＭアンテナ２６０１は、給電線２６０２、給電線２６０２の近位端に接続されたランチパッド２６０３、給電線２６０３に接続されたメアンダ構造２６０５、給電線２６０２の遠位端に容量結合されたセルパッチ２６０７、セルパッチ２６０７を、基板２６１１の上面に印刷された上部接地面２６１０に接続するのに使用されるビア線２６０９を備えてもよい。本例では、セルパッチ２６０７は、切り込み溝２６０８によって分離される２つの部分を含む。基板２６１１は、例えば、誘電率が４．４であり高さ１ｍｍのＦＲ−４のような、プリント回路基板（ＰＣＢ）から形成されていてもよい。ランチパッド２６０３の遠位端に形成されるアンテナ入力２６２５を使用して、ＲＦ入力信号をＭＴＭアンテナ構造２６０１に供給する。
【００９０】
図２６Ａの等角図及び図２６Ｃの下部層２６００−２に示すように、２つの金属板２６１３及び２６１５が、基板２６１１の下に形成される。２つの金属板２６１３及び２６１５は、２つのインダクタ２６１９及び２６２１のような一対の電気要素を介して、下部接地面２６１７に接続される。上部接地面２６１０は、基板２６１１を貫通するビア（図示せず）のアレイを使用して、下部接地面２６１７と接続され、基板２６１１の両面に１つの接地面を形成する。
【００９１】
動作時には、ＤＣ周波数において、ＤＣ電流が、２つのインダクタ２６１９、２６２１を介して、金属板２６１３、２６１５上に形成されたその他の構成要素に供給されてもよい。
【００９２】
ＲＦ周波数では、２つのインダクタは高インピーダンス要素として機能し、アンテナ性能に対する負の影響を最小限に抑えることができる。また、金属板２６１３、２６１５は、ＭＴＭアンテナ２６０１にシールドを提供することができ、それにより、アンテナが人間の体のような周囲を取り囲む物体に近接して配置された場合のアンテナ性能を改善させてもよい。また、これら金属板２６１３、２６１５は、基板２６１１の下面へのアンテナ放射を低減させることができ、それにより、ＳＡＲ測定基準に関連するアンテナ性能を改善させてもよい。このアプリケーションにおいて、金属板２６１５上のＬ字形状の切り欠き部分を使用して、ランチパッド２６２３の寄与を受けるモノポールモードの放射効率及びインピーダンス整合を補助してもよい。切り込み溝２６０８の幅、及び、金属板２６１３と金属板２６１５間の間隔は、ＬＨモード及びメアンダモードでのインピーダンス整合を改善するように最適化されてもよい。
【００９３】
図２７には、図２６Ａ〜図２６Ｃに例示されたような無線デバイス２６００で使用される平面型ＭＴＭアンテナ２６０１のｄＢ単位でのリターンロスが例示されている。図２６の平面型ＭＴＭアンテナ２６０１は、金属板２６１３、２６１５を使用することにより適切な遮蔽を提供するという利点を有すると同時に、図１９に例示された平面型ＭＴＭアンテナ１９０１と比較して同様なリターンロスとなる。
【００９４】
図２８Ａ〜図２８Ｂには、図２６Ａ〜図２６Ｃに例示された平面型ＭＴＭアンテナ２６０１の複数の周波数範囲における放射効率が示されている。図２６の平面型ＭＴＭアンテナ２６０１は、金属板２６１３、２６１５を使用することにより適切な遮蔽を提供するという利点を有すると同時に、図１９に例示された平面型ＭＴＭアンテナ１９０１と比較して同様な放射効率となる。
【００９５】
１以上の非平面型ＭＴＭアンテナをサポートし、高架型ＭＴＭアンテナから特定の回路要素を絶縁するべく１以上の周波数依存性構造を使用する無線ＵＳＢドングルデバイスの一実施形態は、デバイス筐体と、デバイス筐体内に位置して第１面及び前記第１面とは異なる第２面を有する第１平面基板と、第１平面基板の第１面及び第２面上に形成された接地面と、第１平面基板の第１面上に形成された第１金属板と、第１面基板の第２面上に形成された第２金属板と、第１金属板及び第２金属板を接続するべく第１平面基板に形成される複数のビアと、第１金属板を接地面に接続するべく第１平面基板の第１面上に形成される電気要素と、デバイス筐体の第１平面部分に近接して平行に構成される第１アンテナ部分と、デバイス筐体の第２平面部分に近接して平行に構成される第２アンテナ部分と、第１アンテナ部分と第２アンテナ部分とを接続するアンテナ結合部と、デバイス筐体の第１平面部分に近接して平行に構成される第３アンテナ部分と、デバイス筐体の第４平面部分に近接して平行に構成される第４アンテナ部分と、第３アンテナ部分と第４アンテナ部分とを結合するアンテナ結合部とを備え、ＲＦ周波数源は電気要素に関連するインピーダンスを決定し、第１アンテナ部分は第１平面基板及び第１平面基板と関連付けられる少なくとも１つの第１導電部を有し、第２アンテナ部分は第２平面基板及び第２平面基板に関連付けられる少なくとも１つの第２導電部有し、第３アンテナ部分は第１平面基板及び第１平面基板と関連付けられる少なくとも１つの第３導電部分を有し、第４アンテナ部分は第４平面基板及び第４平面基板に関連付けられる少なくとも１つの第４導電部を有し、少なくとも１つの第１導電部及び少なくとも１つの第２導電部が、第１アンテナ部分及び第２アンテナ部分に関連付けられた第１アンテナ信号の少なくとも１つの周波数における共振をサポートするように構成された右手／左手系複合（ＣＲＬＨ）メタマテリアル構造を形成し、少なくとも１つの第３導電部及び少なくとも１つの第４導電部が、第３アンテナ部分及び第４アンテナ部分に関連付けられた第２アンテナ信号の少なくとも１つの周波数における共振をサポートするように構成されたもう１つの右手／左手系複合（ＣＲＬＨ）メタマテリアル構造を形成する。
【００９６】
図２９Ａ、図２９Ｂ及び図２９Ｃには、接地面への周波数依存性接続を有する２つの非平面型、Ｌ字形状ＭＴＭアンテナ２９０３、２９０５を有する無線ＵＳＢドングルデバイス２９００の、上面図、下面図及び側面図が示されている。ＵＳＢドングルデバイス２９００は、ラップトップ又はその他のデバイス（図示せず）のようなホストデバイスのＵＳＢポートと接続されてもよいＵＳＢコネクタ２９０１を備える。ＵＳＢドングルデバイス２９００は、２つのアンテナ、第１アンテナ２９０３及び第２アンテナ２９０５を含んでもよい。第１アンテナ２９０３は、ＵＳＢドングルデバイス２９００の遠位端に形成され、第２アンテナ２９０５は、ＵＳＢコネクタ２９０１に隣接する側縁に形成されている。
【００９７】
図２９Ａに示すように、ＵＳＢドングルデバイス２９００は、３つの基板、第１基板２９０７、第２基板２９０９及び第３基板２９１１から構成される。第１基板２９０７及び第２基板２９０９はそれぞれ、第３基板２９１１に対して鉛直方向に実装される。第１アンテナ２９０３の要素は、第１基板２９０７及び第３基板２９１１上に形成される。第２アンテナ２９０５の要素は、第２基板２９０９及び第３基板２９１１上に形成される。第１アンテナ２９０３の要素及び第２アンテナ２９０５の要素を、第１基板２９０７及び第２基板２９０９のような複数の基板上に形成することにより、その他の実装要素を第３基板上に実装する空間を確保することができる。
【００９８】
図２９Ａに示すように、非平面型Ｌ字形状ＭＴＭアンテナ２９０３、２９０５はそれぞれ、セルパッチ２９５１、２９５３を有し、セルパッチは、多角形に形成され、第３基板２９１１から垂直基板２９０７、２９０９に延在する。第１アンテナ２９０３に付随する給電線２９５７が第３基板２９１１上に形成され、結合ギャップ２９７１を介してセルパッチ２９５３と電磁的に結合される。第２アンテナ２９０５に付随する給電線２９５５が、第２基板２９０９上に形成されて第３基板２９１１まで延在し、結合ギャップ２９７３を介してセルパッチ２９５１と電磁的に結合される。メアンダ線を２つのアンテナ各々における給電線に付加して、モノポールモードを誘起してもよい。
【００９９】
図２９Ａ及び図２９Ｂに示すように、第２アンテナ２９０５に付随する上部ビア線２９５９が、第２基板２９０９に形成される。上部ビア線２９５９は、第３基板２９１１に形成されるビア２９６３及びセルパッチ２９５１に接続されるビア２９６３は、図２９Ｂに示すように、下部接地面２９１９と接続される下部ビア線２９１７に接続される。このように、第２アンテナ２９０５のセルパッチ２９５１は、上部ビア線２９５９、ビア２９６３及び下部ビア線２９１７を介して下部接地面２９１９と結合される。第１アンテナ２９０３に付随する上部ビア線２９６１は、第１基板２９０７に形成される。上部ビア線２９６１は、第３基板２９１１に形成されるビア２９６５及びセルパッチ２９５３に接続されるビア２９６５は、図２９Ｂに示すように、下部接地面２９１９と接続される下部ビア線２９１６に接続される。このように、第１アンテナ２９０７のセルパッチ２９５３は、上部ビア線２９６１、ビア２９６５及び下部ビア線２９１６を介して下部接地面２９１９と結合される。
【０１００】
図２９Ｂに示すように、下部接地面２９１９が、第３基板２９１１に形成されたビア（図示せず）のアレイを使用して、又は、第３基板２９１１の垂直方向の縁に沿って形成される導電線により、上部接地面２９１５に接続されて、１つの接地面を構成してもよい。第１アンテナ２９０３及び第２アンテナ２９０５の両方のビア線２９１７を、アンテナ効率を最大にするべく、第３基板２９１１の下部接地面２９１９上で終端させる。
【０１０１】
ホストデバイス（図示せず）のＵＳＢポートに接続された場合のＵＳＢコネクタ２９０１に対する性能指標を改善させるには、２つのアンテナ２９０３、２９０５及びその他のＲＦ及びベースバンド回路を含むＵＳＢドングルデバイス２９００の接地面を、ホストデバイスと絶縁させることが有効であると考えられる。接地面を絶縁するには、２つの小さな金属板、上部金属板２９２１及び下部金属板２９２３をＵＳＢドングルコネクタ２９０１に近接して実装することにより、図２９Ａ〜図２９Ｂにそれぞれ示される上部接地面２９１５及び下部接地面２９１９によりコネクタが分離される。性能指標の改善に加えて、このような絶縁技術を使用することにより、ＵＳＢドングルデバイス２９００のアンテナ性能を、ＵＳＢドングルデバイス２９００と接続されるホストデバイスから分離させてもよい。
【０１０２】
ＵＳＢドングルデバイス２９００への電力は、典型的にはホストデバイスから供給されるため、ＵＳＢコネクタ２９０１から第３基板上に形成されたその他部品へのＤＣ接続が必要になる。例示された実施形態では、インダクタ２９２５のような電気要素を、上部金属板２９２１と上部接地面２９１５との間に設けて、ホストデバイスからＵＳＢコネクタ２９０１へ導電するＤＣバイアスをサポートしてもよい。上部金属板２９２１及び下部金属板２９２３はまた、ビア２９１３を介して互いに接続される。上部金属板２９２１及び下部金属板２９２３の形状及びサイズは、最適なアンテナ整合、アンテナ効率、２つのアンテナ２９０３、２９０９間の絶縁及びアンテナ遠方界補正を達成するべく、最適化されてもよい。
【０１０３】
図３０には、周波数域７４０ＭＨｚから９００ＭＨｚ及び１８５０ＭＨｚから１９９０ＭＨｚで動作する、図２９Ａ〜図２９Ｃのアンテナ１とアンテナ２との間の測定されたリターンロス及び絶縁が示されている。
【０１０４】
図３１及び図３２には、低い周波数帯域及び高い周波数帯域におけるアンテナ１及びアンテナ２の測定されたアンテナ効率が示されている。
【０１０５】
本明細書で説明された接地面絶縁技術及び関連する構造は、上記で説明した非ＭＴＭ型アンテナ設計、平面型ＭＴＭアンテナ設計、複数層ＭＴＭアンテナ設計及び非平面型ＭＴＭアンテナ設計を表す本発明のアンテナ構成に表される。その他の接地面絶縁技術を、周波数依存コネクタとして機能する電気構成要素の異なる種類が使用される上記のアンテナ構成に実装してもよい。例えば、上記の電気要素の例では、インダクタの使用が含まれていたが、その他の構成要素には、キャパシタ又はキャパシタとインダクタとの組み合わせのようなその他の受動素子が含まれてもよい。例えば、キャパシタが、接地面と金属板との間に付加される場合、高周波数信号が、接地面に搭載される回路と金属板との間を伝播可能となる。キャパシタが高インピーダンスを呈することにより、ＤＣ信号及び低周波数信号が、キャパシタの両端でブロックされる。したがって、アンテナの設計及びその他のＲＦ回路は、キャパシタを周波数依存性コネクタとして使用することに基づいて修正してもよい。
【０１０６】
周波数依存性コネクタのその他の実装形態には、接地面と金属板とを接続するのに組み合わせて使用されるインダクタ及びキャパシタのような複数の受動素子が含まれてもよい。例えば、一実装例では、金属板を、インダクタの一方の端部に接続して、インダクタの他方の端部をキャパシタの一方の端部に接続してもよい。キャパシタの他方の端部を接地面に接続して、ＬＣ回路を構成してもよい。この場合、ＤＣ信号及び高周波数信号は、このＬＣ回路を通過することができず、中間周波数信号のみが、接地面に搭載された回路と金属板との間を伝播することができる。異なる複数の周波数信号を接地面と金属板との間を伝播させることが必要となる異なるアプリケーションに基づいて、受動素子を異なる配置で実装してもよく、アンテナ及びその他のＲＦ回路をそれに従って修正してもよい。
【０１０７】
また、これらの例における電気要素には、ＲＦスイッチ、時間依存性スイッチ及びピンダイオードのような能動素子が含まれてもよい。しかしながら、これらの能動素子のＯＮ及びＯＦＦ状態を決定するのに、周波数、時間又は閾値電圧等の依存性因子に応じて、更なる制御回路が必要となる場合がある例えば、接地面に接続される能動素子を使用するデバイスの一実施形態では、ＲＦスイッチを第１周波数状態でＯＮとして、接地面上の回路から金属板状の回路へとＲＦ信号を伝送させてもよい。別の周波数状態に置いて、ＲＦスイッチをＯＦＦとして、ＲＦ信号が金属板から伝播するのを防いで、アンテナデバイスのＳＡＲレベルを低減させてもよい。
【０１０８】
本明細書には、数多くの詳細事項が記載されたが、これらは、特許請求される発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。特定の実施形態に固有の特徴を説明するものとして解釈されるべきである。本明細書において、別個の実施形態として説明された特定の特徴は、１つの実施形態に組み合わせて実装することが可能である。逆に言えば、１つの実施形態として説明され様々な特徴を、複数の実施形態に別個に実装可能である、又は、好適なサブコンビネーションに実装可能である。更に、上記では特定の組み合わせとして機能すると説明された特徴であっても、ある場合には、その組み合わせで実施され、特許請求される組み合わせが、サブコンビネーション又はサブコンビネーションの変形と考えられる場合もある。
【０１０９】
特定の実施形態が本明細書で記載された。記載された実施形態及びその他の実施形態の変形及び改良を、本明細書の説明及び例示に基づいて行うことが可能である。本実施形態の例を項目として記載する。
［項目１］
１以上の基板と、
１以上の基板により支持される１以上の金属層と、
１以上の金属層のうちの１つに形成される接地電極と、
１以上の金属層の少なくとも１つに形成される１以上の金属板と、
１以上の金属層のうちの少なくとも１つに形成される複数の導電部分と、
１以上の金属板及び接地電極とそれぞれ電気的に結合する１以上の電気要素とを備え、
１以上の電気要素に付随するインピーダンスを外部ＲＦ周波数源により決定可能であるデバイス。
［項目２］
１以上の金属板の少なくとも１つのハウジング内に複数の集積要素が形成される項目１に記載のデバイス。
［項目３］
複数の集積要素として、複数のキードームを含む項目２に記載のデバイス。
［項目４］
複数の集積要素として、マイクを含む項目２に記載のデバイス。
［項目５］
１以上の電気要素のうちの少なくとも１つが、能動電気素子である項目２に記載のデバイス。
［項目６］
１以上の電気要素のうちの少なくとも１つが、受動電気素子である項目２に記載のデバイス。
［項目７］
少なくとも１つの電気要素は、インダクタである項目６に記載のデバイス。
［項目８］
１以上の基板の各々が、第１面及び第２面を有する誘電体材料によって構成され、
複数の導電部分は、第１面又は第２面のうちの少なくとも一方に形成された１以上の金属層にパターニングされている項目１に記載のデバイス。
［項目９］
第１基板が、筐体構造の第１平面部分に近接して略平行に構成され、第１導電部分を有し、
第１基板と異なる第２基板が、筐体構造の第２平面部分に近接して略平行に構成され、
第２基板が、第２導電部分、及び、第１基板と第２基板とを接続する結合部分を有する項目８に記載のデバイス。
［項目１０］
複数の導電部分、及び、第１基板及び第２基板の少なくとも一部は、アンテナ信号に関して複数の共振周波数を呈する右手／左手系複合（ＣＲＬＨ）メタマテリアル構造を形成するように構成される項目９に記載のデバイス。
［項目１１］
複数の導電部分、及び、第１基板及び第２基板の少なくとも一部は、アンテナ信号に関して複数の共振周波数を呈する右手／左手系複合（ＣＲＬＨ）メタマテリアル構造を形成するように構成される項目９に記載のデバイス。
［項目１２］
複数の導電部分は、
セルパッチと、
セルパッチに近接する遠位端を有する給電線と、
セルパッチを接地に結合させるビア線とを含み、
給電線は、セルパッチに容量結合され、
給電線は、アンテナ信号をセルパッチから及びセルパッチへと向かわせる給電ポートに接続される近位端を有する項目１０に記載のデバイス。
［項目１３］
給電線の遠位端部分は、容量結合を修正するためのランチパッドを構成する項目１２に記載のデバイス。
［項目１４］
給電線は、導電線アタッチメントを含む項目１２に記載のデバイス。
［項目１５］
導電線アタッチメントは、メアンダ線形状、平面螺旋形状、ジグザグ線形状、縦型螺旋形状、又は、異なる形状の組み合わせを有するように構成される項目１４に記載のデバイス。
［項目１６］
複数の導電部分は、
第１金属層に形成されたセルパッチと、
セルパッチに近接した遠位端を有し、セルパッチと容量結合され、セルパッチから及びセルパッチへとアンテナ信号を向かわせる給電ポートに結合される近位端を有する給電線と、
第２金属層に形成され、接地と接続されるビア線と、
第１金属層と第２金属層との間に形成され、セルパッチ及びビア線を接続するビアとを含む項目８に記載のデバイス。
［項目１７］
複数の導電部分は、
複数のセルパッチと、
複数のセルパッチのうちの１以上に容量結合されて近接して設けられる遠位端、及び、複数のセルパッチのうちの１以上から及び複数のセルパッチのうちの１以上へとアンテナ信号を向かわせる給電ポートに結合される近位端を有する給電線と、
接地電極に複数のセルパッチをそれぞれ接続する複数のビア線とを含む項目１に記載のデバイス。
［項目１８］
デバイス筐体と、
デバイス筐体内に位置し、第１面及び第２面を有する基板構造と、
基板構造に支持される接地電極と、
基板構造の第１面に支持される第１金属板と、
第１金属板及び接地電極に接続される電気要素であって、当該電気要素に付随するインピーダンスがＲＦ周波数源によって決定される電気要素と、
基板構造の第２面に支持される第２金属板と、
第１金属板を第２金属板に接続するために基板構造に形成される複数のビアと、
基板構造に支持される複数の導電部分とを備え、
接地電極、基板構造の少なくとも一部及び複数の導電部分は、アンテナ信号に関して１以上の共振周波数を呈する右手／左手系複合（ＣＲＬＨ）メタマテリアルアンテナ構造を形成するように構成される無線デバイス。
［項目１９］
複数の導電部分は、
セルパッチと、
セルパッチに容量結合されて近接して設けられる遠位端、及び、セルパッチから及びセルパッチへとアンテナ信号を向かわせる給電ポートに接続される近位端を有する給電線と、
セルパッチを接地に接続するビア線とを含む項目１８に記載の無線デバイス。
［項目２０］
電気要素は、受動電気素子又は能動電気素子で構成される項目１９に記載の無線デバイス。
［項目２１］
受動電気素子が、インダクタで構成される項目２０に記載の無線デバイス。
［項目２２］
デバイス筐体と、
第１面及び第１面と異なる第２面を有する第１平面基板と、
第１平面基板の第１面及び第２面によって支持される接地面と、
第１平面基板の第１面によって支持される第１金属板と、
第１平面基板の第２面によって支持される第２金属板と、
第１金属板及び第２金属板を接続するべく第１平面基板に形成される複数のビアと、
第１平面基板の第１面によって支持され、第１金属板を接地面に接続する電気要素と、
デバイス筐体の平面部分に近接して及び略平行に構成されるアンテナ部分と、
デバイス筐体の平面部分に近接して略平行に構成される第３平面基板とを備え、
電気要素に付随するインピーダンスがＲＦ周波数源によって決定され、
アンテナ部分は、第２平面基板と、第２平面基板に付随する少なくとも１つの導電部分とを有し、
少なくとも１つの導電部分は、アンテナ部分に関する第１アンテナ信号の少なくとも１つの周波数における共振をサポートするように構成された右手／左手系複合（ＣＲＬＨ）メタマテリアル構造を形成する無線デバイス。
［項目２３］
少なくとも１つの導電部分は、
セルパッチと、
セルパッチに容量結合されて近接して設けられる遠位端、及び、セルパッチから及びセルパッチへとアンテナ信号を向かわせる給電ポートに接続される近位端を有する給電線と、
セルパッチを接地面に接続するビア線とを含む項目２２に記載の無線デバイス。
［項目２４］
ビア線は、第２平面基板及び第３平面基板の縁に沿って延在する項目２３に記載の無線デバイス。
［項目２５］
第３平面基板が、空気により構成される項目２２に記載の無線デバイス。
［項目２６］
電気要素は、受動電気素子又は能動電気素子で構成される項目２２に記載の無線デバイス。
［項目２７］
受動電気素子が、インダクタで構成される項目２６に記載の無線デバイス。
［項目２８］
デバイス筐体と、
デバイス筐体内に位置して第１面及び第１面とは異なる第２面を有する基板構造と、
基板構造の第１面及び第２面によって支持される接地電極と、
基板構造の第１面によって支持される第１金属板及び第２金属板と、
第１金属板を接地電極に接続する第１電気要素と、
第２金属板を接地電極に接続する第２電気要素と、
基板構造によって支持される複数の導電部分を備え、
第１電気要素に付随するインピーダンスがＲＦ周波数源によって決定され、
第２電気要素に付随するインピーダンスがＲＦ周波数源によって決定され、
接地電極、基板構造の少なくとも一部及び複数の導電部分は、アンテナ信号に関して１以上の共振周波数を呈する右手／左手系複合（ＣＲＬＨ）メタマテリアルアンテナ構造を形成するように構成される無線デバイス。
［項目２９］
複数の導電部分は、
セルパッチと、
セルパッチに容量結合されて近接して設けられる遠位端、及び、セルパッチから及びセルパッチへとアンテナ信号を向かわせる給電ポートに接続される近位端を有する給電線と、
セルパッチを接地に接続するビア線とを含む項目２８に記載の無線デバイス。
［項目３０］
セルパッチは、
第１金属板上方の投影される位置にあり、ビア線と接続される第１セル板と、
第１セル板に隣接し、第２金属板上方の投影される位置にある第２セル板とを含む項目２９に記載の無線デバイス。
［項目３１］
第１セル板と第２セル板とは、溝によって分離されている項目３０に記載の無線デバイス。
［項目３２］
第２金属板の１つの角が、Ｌ字形状の切り欠きを有する項目３０に記載の無線デバイス。
［項目３３］
デバイス筐体と、
デバイス筐体内に位置し、第１面及び第１面とは異なる第２面を有する第１平面基板と、
第１平面基板の第１面及び第２面上に形成された接地面と、
第１平面基板の第１面上に形成された第１金属板と、
第１平面基板の第２面上に形成された第２金属板と、
第１金属板及び第２金属板を接続するべく第１平面基板に形成される複数のビアと、
第１金属板を接地面に接続するべく第１平面基板の第１面上に形成される電気要素と、
デバイス筐体の第１平面部分に近接して略平行に構成される第１アンテナ部分と、
デバイス筐体の第２平面部分に近接して平行に構成される第２アンテナ部分と、
第１アンテナ部分と第２アンテナ部分とを接続するアンテナ結合部と、
デバイス筐体の第１平面部分に近接して略平行に構成される第３アンテナ部分と、
デバイス筐体の第４平面部分に近接して略平行に構成される第４アンテナ部分と、
第３アンテナ部分と第４アンテナ部分とを結合するアンテナ結合部とを備え、
電気要素に付随するインピーダンスは外部ＲＦ周波数源によって決定され、
第１アンテナ部分は、第１平面基板、及び、第１平面基板に付随する少なくとも１つの第１導電部を有し、
第２アンテナ部分は、第２平面基板、及び、第２平面基板に付随する少なくとも１つの第２導電部を有し、
第３アンテナ部分は、第１平面基板、及び、第１平面基板に付随する少なくとも１つの第３導電部分を有し、
第４アンテナ部分は、第４平面基板、及び、第４平面基板に付随する少なくとも１つの第４導電部を有し、
少なくとも１つの第１導電部及び少なくとも１つの第２導電部が、第１アンテナ部分及び第２アンテナ部分に関連付けられた第１アンテナ信号の少なくとも１つの周波数における共振をサポートするように構成された右手／左手系複合（ＣＲＬＨ）メタマテリアル構造を形成し、
少なくとも１つの第３導電部及び少なくとも１つの第４導電部が、第３アンテナ部分及び第４アンテナ部分に関連付けられた第２アンテナ信号の少なくとも１つの周波数における共振をサポートするように構成されたもう１つの右手／左手系複合（ＣＲＬＨ）メタマテリアル構造を形成する無線デバイス。
［項目３４］
少なくとも１つの導電部分は、
セルパッチと、
セルパッチに容量結合されて近接して設けられる遠位端、及び、セルパッチから及びセルパッチへとアンテナ信号を向かわせる給電ポートに接続される近位端を有する給電線と、
セルパッチを接地面に接続するビア線とを含む項目３３に記載の無線デバイス。
［項目３５］
デバイス筐体は、ＵＳＢドングルによって構成される項目３４に記載の無線デバイス。
［項目３６］
１以上のＲＦアンテナ周波数において１以上のアンテナ信号を送信又は受信する１以上のアンテナと、
１以上のアンテナと接続され、１以上のアンテナによって送信される１以上のアンテナ信号を生成する、又は、１以上のアンテナから１以上のアンテナ信号を受信するアンテナ回路と、
アンテナ回路と接続され、アンテナ回路及び１以上のアンテナに対して電気的接地を提供する接地電極構造と、
接地電極構造と直接接触することなく、接地電極構造と間隔をあけて設けられる導電要素と、
導電要素を接地電極構造に接続する周波数依存性コネクタとを備え、
周波数依存性コネクタは、導電要素と接地電極構造との間でＤＣ信号が伝送されることを可能とする低インピーダンスを生成するよう構成され、
周波数依存性コネクタは、導電要素と接地電極構造との間で１以上のアンテナ信号が伝送されるのをブロックするべく、１以上のＲＦアンテナ周波数において高インピーダンスを生成するように構成される無線デバイス。
［項目３７］
１以上のアンテナはそれぞれ、メタマテリアル構造を含む項目３６に記載の無線デバイス。
［項目３８］
１以上のアンテナはそれぞれ、右手／左手系複合（ＣＲＬＨ）メタマテリアル構造を含む項目３６に記載の無線デバイス。
［項目３９］
周波数依存性コネクタは、インダクタを含む項目３６に記載の無線デバイス。
［項目４０］
周波数依存性コネクタは、トランジスタを含む項目３６に記載の無線デバイス。
［項目４１］
周波数依存性コネクタは、ダイオードを含む項目３６に記載の無線デバイス。
［項目４２］
周波数依存性コネクタは、キャパシタを含む項目３６に記載の無線デバイス。
［項目４３］
導電要素に接続され、１以上のＲＦアンテナ周波数において１以上のアンテナから電気的に絶縁される電気ユニットを更に備える項目３６に記載の無線デバイス。
［項目４４］
電気ユニットは、１以上のキードームを含む項目４３に記載の無線デバイス。
［項目４５］
電気ユニットは、マイクを含む項目４３に記載の無線デバイス。
［項目４６］
１以上のアンテナ及び接地電極構造を形成するべくパターニングされた金属層を更に備える項目３６に記載の無線デバイス。
［項目４７］
１以上のアンテナ及び接地電極構造を形成するべくパターニングされた複数の金属層を更に備える項目３６に記載の無線デバイス。
［項目４８］
接地電極構造は、１つの接地電極を含む項目３６に記載の無線デバイス。
［項目４９］
接地電極構造は、２つ以上の接地電極を含む項目３６に記載の無線デバイス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005599472.tif 000026
【図１１】
0005599472.tif 000027
【図１２】
0005599472.tif 000028
【図１３】
0005599472.tif 000029
【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ−１９Ｃ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２０Ｅ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２６Ｃ】
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【図２７】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図２９Ｃ】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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